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与直觉相矛盾:单个二能级原子的两光子散射

科学探索万象经验2023-11-06

光与物质的相互作用是量子光学的基础,也是许多量子技术的关键。当我们用一束近共振的激光照射一个单个的二能级原子时,我们可以观察到原子发出的荧光光子。这些光子有一个很特别的性质,就是它们永远不会同时出现在同一个地方。这可以理解为单个二能级原子只能吸收和发射单个光子,而不能同时处理两个或更多的光子。这种现象被称为光子抗聚束,是量子光学的一个重要标志。

然而,如果我们仔细分析原子与激光的相互作用,我们会发现这个过程并不是那么简单。原子发出的荧光光子可以分为两个部分,一个是与激光相干的部分,一个是与激光不相干的部分。这两个部分在光谱上有不同的特征,形成了著名的Mollow三重峰结构。有趣的是,当我们单独考虑这两个部分时,我们会发现它们都包含了高光子数的成分,也就是说,它们都有可能同时包含两个或更多的光子。这就与我们之前的直觉相矛盾了,因为我们认为单个二能级原子不能同时散射两个光子。