量子光学与原子光学中的相互作用研究
1. 原子间的偶极 - 偶极相互作用
在量子光学和原子光学领域,原子间的相互作用是一个重要的研究方向。对于任意的原子 A 和 B,它们之间存在着偶极 - 偶极相互作用,其表达式为:
[
V_{12}=\frac{\mu_1\cdot\mu_2 - 3(\mu_1\cdot\mathbf{n})(\mu_2\cdot\mathbf{n})}{4\pi\epsilon_0 r^3}
]
其中,(\mu_{1,2}) 表示原子的偶极矩向量,(\mathbf{n}) 代表原子 A 和 B 之间的相对位移,(r) 是它们之间的相对距离。
当外加电场远大于所有偶极子产生的场强之和时,原子的偶极矩会被极化并沿外电场方向排列。此时,定义 (\theta) 为外加电场与 (\mathbf{n}) 之间的夹角,上述公式可进一步简化为:
[
V_{12}=\frac{\mu_1\mu_2}{4\pi\epsilon_0 r^3}(1 - 3\cos^2\theta)
]
根据这个公式,原子间的偶极 - 偶极相互作用力具有空间依赖性,这一结果已得到实验验证。与范德瓦尔斯力不同,通过改变电场方向与原子相对位移之间的夹角 (\theta),可以有效控制偶极 - 偶极相互作用 (V_{12})。当 (\theta = \arccos(1/\sqrt{3})\approx54.7^{\circ}) 时,(V_{12} = 0),这个特殊的角度被称为“魔角”,可用于研究固态核磁共振的高分辨率光谱特性。
对于里德堡原子,从上述公式结果可以估算其偶极 - 偶极相互作用 (V_{dd}\sim\
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