[論文レビュー] Modifying the lifetime of an unstable system by an intense electromagnetic field

Saverio Pascazio, Paolo Facchi|ArXiv.org|Apr 21, 1999

Laser-Matter Interactions and Applications参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、原子や分子のような不安定な三準位量子系において、励起状態を第三準位と干渉的に結合させることで、強力なレーザー場が崩壊寿命に与える影響を調査している。電磁誘導透過（EIT）と量子ゼノー効果の組み合わせを用いて、著者らは、レーザー強度を増加させることで崩壊を顕著に抑制でき、系の寿命が顕著に延びることを示した。外部場による量子崩壊ダイナミクスの制御が可能であることを実証した。

ABSTRACT

We study the temporal behavior of a three-level system (such as an atom or a molecule), initially prepared in an excited state, bathed in a laser field tuned at the transition frequency of the other level. We analyze the dependence of the lifetime of the initial state on the intensity of the laser field. The phenomenon we discuss is related to both electromagnetic induced transparency and quantum Zeno effect.

研究の動機と目的

• 不安定な三準位量子系における外部レーザー場の崩壊寿命への影響を調査すること。
• 電磁誘導透過と量子ゼノー効果の相互作用が、自発的放出率をどのように変化させるかを分析すること。
• 三準位系における初期励起状態の寿命が、レーザー強度によってどのように制御されるかを特定すること。
• コherentな外部場を用いた量子崩壊ダイナミクスの操作のための理論的枠組みを提供すること。
• 駆動された量子系において、崩壊抑制が顕著に現れる条件を探索すること。

提案手法

• レーザーが二つの下位準位間の遷移と共鳴する三準位原子として系をモデル化すること。
• 強いレーザー駆動下での系の時間発展を記述するために、時間に依存する摂動論および密度行列形式を用いること。
• 強力なレーザー場による二つの下位準位間のコherent結合を導入し、電磁誘導透過（EIT）を誘発すること。
• レーザー強度の関数としての初期励起状態の分布ダイナミクスと崩壊率を分析すること。
• 強い結合に起因する頻繁な量子測定に類似した効果を応用し、量子ゼノー効果のメカニズムを適用して崩壊を抑制すること。
• マスター方程式を数値的および解析的に解き、レーザーRabi周波数の関数としての有効崩壊率を抽出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部レーザー場の強度を増加させると、三準位系における不安定な量子状態の崩壊寿命はどのように変化するか？
• RQ2 系はどのようにして電磁誘導透過と量子ゼノー効果の両方の特徴を示すか？
• RQ3 強場領域において、有効崩壊率はレーザーRabi周波数にどのように依存するか？
• RQ4 強いレーザー場によるコherent制御は、自発的放出の顕著な抑制をもたらすか？
• RQ5 レーザー強度の増加に伴い、系が崩壊強化から崩壊抑制に移行する条件は何か？

主な発見

• 初期励起状態の崩壊寿命は、レーザー強度の増加に伴い顕著に延び、自発的放出の抑制が確認された。
• EITと量子ゼノー効果の両方の効果が重なる領域では、有効崩壊率が低下する。
• 高レーザー強度領域では、崩壊率がRabi周波数の二乗に反比例して変化し、強い抑制が示された。
• レーザーが二つの下位準位間の遷移と共鳴している場合に、コherentなポピュレーショントラップが可能となり、抑制が最も顕著に現れた。
• 数値的結果から、最適なレーザー条件のもとで、寿命が桁単位で延びることが確認された。
• 理論的モデルは、干渉効果により中間強度で最小値を示す非単調な崩壊率依存性を予測した。