Cómo calcular las propiedades de las cuasipartículas fotónicas

Question

En preguntas recientes como " ¿Cómo se explican los fenómenos de la óptica clásica en la QED (ley de Snell)? " y " ¿Los fotones ganan masa cuando viajan a través del vidrio? " podríamos aprender algo sobre propiedades efectivas de la materia que interactúa con un campo de fuerza en términos de la integral de la trayectoria et cuasipartículas .

Seguramente, ambos enfoques deben ser equivalentes, pero provienen de una filosofía diferente. El enfoque de las cuasipartículas es muy utilizado en física del estado sólido por ejemplo, calcular las relaciones de dispersión de fonones .

Me gustaría saber si hay ejemplos sencillos para cálculos explícitos de la propiedades de las cuasipartículas fotónicas que viene de un enfoque riguroso como una descripción de la materia a través de QED y encontrar una acción eficaz, por ejemplo, utilizando el Ecuación de Wetterich (véase por ejemplo Introducción al RG funcional y aplicaciones a las teorías gauge ).

Cualquier cálculo y/o referencia estaría muy bien.
Gracias de antemano, sinceramente,

Robert

Answer 1

La descripción de cuasipartículas de los fotones es bien conocida en la física de la materia condensada como la constante dieléctrica compleja dependiente de la frecuencia/permeabilidad magnética de un material. Usted pregunta si esta cantidad puede calcularse a partir de la QED mediante un método de primeros principios.

Esto parece menos difícil en comparación con otras cuasipartículas, porque el fotón suele permanecer sin interactuar en el medio a temperaturas ordinarias, excepto por la absorción y la dispersión. Hay un desajuste de escala entre la frecuencia/longitud de onda del fotón y otras cuasipartículas, que viajan mucho más lentamente que la luz. Aun así, no he encontrado muchos trabajos que aborden esta cuestión, porque tenemos buenas mediciones de la constante dieléctrica en función de la frecuencia para cualquier material. El material hace el cálculo por ti.

Para los gases diluidos, Feynman aborda la cuestión del cálculo de la constante dieléctrica a partir de un cálculo de primeros principios en su artículo de Acta Physica Polonica de 1963, que introdujo los campos fantasma. La constante dieléctrica dependiente de la frecuencia se determina a partir del desplazamiento de fase de la dispersión en la dirección de avance, lo que reproduce el comportamiento cualitativo de casos incluso disparatados como cuando se pasa por una resonancia atómica. La referencia está abajo.

• RP Feynman, Acta Physica Polonica, 24 (1963) 697

Algunas referencias clásicas para la QED en medios, que incluyen cálculos de la efectos de las propiedades dieléctricas a frecuencias finitas, son estos trabajos originales:

• E. M. Lifshitz, ""The Theory of Molecular Attractive Forces", Sov. JETP 2, 73 (1956).
• I.E. Dzyaloshinskii, E. M. Lifshitz y L.P. Pitaevskii, "General theory of van der Waals' forces", Sov. Phys. JETP 10, 161 (1960)

Estos trabajos utilizan la descripción de la cuasipartícula fotónica dada para calcular las fuerzas de Van-der-Waals para una configuración arbitraria de la materia macroscópica.