How much time does a photon spend as an atomic excitation before being transmitted through a cloud of atoms?
Notice bibliographique
Résumé
When a single photon propagates through a cloud of two-level atoms, part of its energy is temporarily stored as a collective atomic excitation. This raises a fundamental question: is it possible to meaningfully quantify how long the photon spends in the form of an atomic excitation? If so, does this duration depend on whether the photon is ultimately transmitted through the cloud or scattered by the atoms? These questions motivated recent experimental work by some of us [Sinclair et al., PRX Quantum 3, 010314 (2022)], but until now there has been no theoretical prediction for these conditional durations. We answer these questions by extending the concept of a dwell time from quantum tunneling to light–matter interactions, introducing an experimentally measurable “atomic excitation time.” Using the weak-value formalism combined with quantum trajectory theory, we derive analytical expressions for this time conditioned on the photon being transmitted through the cloud or scattered into a side mode. We show that, for transmitted photons, this time is equal to the (spectrally averaged) group delay, even in regimes where the group delay is negative. For scattered photons, the time is given by the sum of an ensemble-averaged group delay and an always-positive Wigner time delay, well known in elastic scattering theory. Finally, we present a toy model that explains how such negative dwell times can arise as a result of quantum interference. This work provides new insight into the complex and surprising histories of photons traveling through absorptive media.
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Étiquettes directes de modèles (non validées)
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| Bras | Catégories | Devis d'étude | Confiance |
|---|---|---|---|
| gemma | aucune catégorie Domaine: non disponible · Genre: Empirique Porte sur le système de recherche canadien: non · Porte sur un sujet canadien: non | Théorique ou conceptuel | high |
| gpt | aucune catégorie Domaine: non disponible · Genre: Empirique Porte sur le système de recherche canadien: non · Porte sur un sujet canadien: non | Théorique ou conceptuel | medium |
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéeÉtiqueté directement par 2 modèles lisant le dossier complet.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».