[论文解读] Loss, revival and regain of atomic interference: An explanation grounded on the momentum transfer during photon-atom scattering events

Ángel S. Sanz, Bulevar Kralja+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2010

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 4被引用 1

一句话总结

本文通过建模光子在散射过程中向原子转移动量的过程，解释了三光栅原子干涉仪中干涉条纹可见度的损失、复兴与恢复现象。研究表明，可见度取决于转移动量的统计分布，提供了一种基于波函数的解释，无需引入‘路径信息’或纠缠的概念。

ABSTRACT

Here, interference visibility in a three-grating atom interferometer with presence of photon-atom scattering events is analyzed. The model considered is entirely based on the atom wave function and the effects caused on it by both scattering events and subsequent diffractions through the interferometer gratings. A functional dependence of the interference visibility on the probability distribution of transferred momentum (by the photons) to the atoms is thus found, which is used to interpret the available experimental data. Within this model there is no need, therefore, to appeal for concepts such as “which-way” information or entanglement to explain the losses, revivals and regains of quantum coherence in this type of experiments. Rather, visibility losses and revivals are explained in terms of the sudden change induced in the atomic wave function by the momentum transfer, while regains are directly related to the visibility functional dependence on the statistical distribution of transferred momentum of the sample of atoms selected after passing through the interferometer (before they are detected).

研究动机与目标

• 解释三光栅原子干涉仪中观测到的量子相干性损失、复兴与恢复现象。
• 消除在解释相干性动力学时对‘路径信息’或纠缠等概念的依赖。
• 在干涉条纹可见度与光子-原子散射过程中传递给原子的动量统计分布之间建立直接联系。
• 提出一种仅通过动量转移效应解释可见度变化的波函数模型。

提出的方法

• 建模原子波函数在光子-原子散射事件后以及通过干涉仪光栅衍射过程中的演化。
• 分析干涉条纹可见度对光子传递给原子的动量转移概率分布的功能依赖关系。
• 使用量子力学形式体系追踪散射过程中离散动量转移对原子波函数变化的影响。
• 推导可见度作为原子系综中动量转移统计展宽的函数。
• 聚焦于动量转移后波函数的突然变化，以解释可见度损失与复兴。
• 将可见度恢复与干涉仪后对特定动量转移分布原子的选择联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 光子传递给原子的动量如何影响三光栅原子干涉仪中的干涉条纹可见度？
• RQ2 为何在不引入纠缠或‘路径信息’的情况下，仍会出现相干性损失、复兴与恢复？
• RQ3 干涉条纹可见度与转移动量统计分布之间的函数关系是什么？
• RQ4 原子波函数的演化如何解释观测到的可见度动力学？
• RQ5 干涉仪后动量选择在可见度恢复中起什么作用？

主要发现

• 干涉条纹可见度由光子-原子散射过程中传递给原子的动量概率分布直接决定。
• 可见度损失源于动量转移引起的原子波函数突然变化，无需依赖纠缠或路径信息。
• 可见度复兴是由于原子系综中动量转移的统计分布所致，而非量子擦除或测量反作用。
• 可见度恢复可通过干涉仪后对具有特定动量转移特性的原子进行选择来解释，从而改变有效可见度函数。
• 该模型成功解释了实验数据，且无需引入‘路径信息’或纠缠等非波函数概念。
• 可见度对动量转移分布的函数依赖关系，为系统中相干性动力学提供了统一的解释。