En óptica cuántica, se dice que un absorbente de luz perfecto emite el "campo de vacío". En la práctica, cualquier volcado del rayo estará a una temperatura finita, por lo que emitirá radiación de cuerpo negro. ¿Cómo se comparan estos campos? ¿Hay alguna frecuencia crítica (para una temperatura dada) por encima de la cual domina el campo de vacío?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
El vacío es el estado térmico para $T=0K$. Cómo comparar si un estado lo suficientemente cerca como para el vacío? Por el recuento de fotones (por vacío es cero). La ocupación de los fotones está dada por Bose-Einstein de distribución:
$$n = \frac{1}{\exp( E/(kT)) - 1},$$
donde $E$ es la energía de los fotones ($E = \hbar \omega = h \nu$) y $k$ es la constante de Boltzmann. Para la temperatura de la habitación ($T\approx 300K \Rightarrow kT \approx 0.025eV$) y la luz visible ($E\approx 2.5eV$) se da $$n\approx 10^{-44}$$ es decir, muy pocos (y en la práctica - el vacío).
Vea una galería de funciones de Wigner (el llamado Extremo función muestra la fluctuación de campo eléctrico alrededor de 0; tenga en cuenta que incluso palestra $T=0$ hay algunas fluctuaciones (punto cero de las fluctuaciones de energía), pero para $T>0$ más).
Ryan Olson
Puntos
1095
El vacío no es en absoluto como una térmica de distribución. El "vacío de campo" es sólo el punto cero de las fluctuaciones de los diversos modos del campo electromagnético, con cada uno de los modos que contiene la mitad de la energía fundamental para ese modo. Una térmico tiene una distribución de los modos de poblado con un número de fotones después de una Planck de distribución.
Para las frecuencias que la mayoría de los experimentos de óptica cuántica de trabajo, esto hace que casi no hay diferencia. Un cuerpo negro a la temperatura de la habitación tiene el pico de su cuerpo negro espectro en poco menos de 10 micras, que es un fotón de energía de aproximadamente 0,13 eV. La mayoría de los experimentos de óptica cuántica se realizan en óptica o en el infrarrojo cercano de frecuencias-- el modo fundamental de un láser YAG en 1.06 micrones, es común que la longitud de onda utilizada, y que tiene un fotón de energía de 1.17 eV. Los fotones de ocupación número de ese modo sería un factor de e^{-9} menor que el valor de pico (alrededor de cuatro órdenes de magnitud), lo cual es bastante insignificante. Y un montón de quantum-experimentos de óptica de utilizar la luz visible fuentes, con una frecuencia de casi dos veces tan alta como la del YAG de la luz, incluso con menos radiación en la térmica modos.
Este es un problema para algunos experimentos, en particular de aquellos en el microondas régimen en el que el cuerpo negro contribución a temperatura ambiente es importante. Las personas que hacen experimentos de óptica cuántica en el microondas régimen general no les a temperaturas criogénicas (nitrógeno líquido o inferior) por esta razón, y eso es suficiente para eliminar el problema.
