Cuantización de las ondas EM

Question

Estoy tratando de resolver algunos problemas sobre cómo los espines de los Pares Radicales Relacionados con el Espín son influenciados por la radiación electromagnética externa. Soy consciente de que la radiación electromagnética puede escribirse en forma de mecánica cuántica utilizando operadores de campo eléctrico y magnético en lugar de los campos definidos con los que trabajamos en la mecánica clásica. Sin embargo, si la radiación es continua y tiene un flujo luminoso elevado, ¿puedo obtener una aproximación satisfactoria utilizando la descripción clásica de las ondas EM?

Por decirlo brevemente: si se aplica una radiación continua y brillante, y queremos medir sus efectos en un sistema microscópico, ¿es necesario utilizar la descripción cuantizada de la luz para obtener resultados precisos?

Answer 1

Si se trata de luz brillante, lo que significa que el número de fotones en el intervalo de tiempo más corto de interés es grande, entonces un modelo clásico de luz suele ser suficiente para tratar la dinámica interna de los espines. Desde el punto de vista de la mecánica cuántica, la energía de la luz se discretiza con la energía $h c/\lambda$ pero cuando el número de fotones es grande, se pueden aproximar los valores discretos permitidos de energía como un continuo y seguir obteniendo respuestas correctas.

Tenga en cuenta que hay situaciones en las que la luz intensa puede necesitar una descripción mecánica cuántica (como cuando se quiere entender las propiedades de la radiación dispersa, o cuando se trata de estados no clásicos de la luz como los estados comprimidos). Pero normalmente no es necesario tratar con campos de luz cuantizados para modelar la dinámica interna de los átomos, incluso si la radiación es débil. Basta con que la radiación incidente sea clásica, es decir, en un estado térmico o coherente (la salida de una bombilla o un láser, respectivamente).

Técnicamente, derivar la emisión espontánea requiere un tratamiento mecánico cuántico de la luz, pero los resultados de tales derivaciones pueden añadirse a un modelo a mano.

Hay todo tipo de advertencias y situaciones específicas en las que quizá no se pueda utilizar la luz clásica; depende mucho de lo que se intente calcular y de la precisión que se quiera alcanzar. Pero una aproximación clásica parece un buen punto de partida en tu caso.