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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.43.2020.tde-14032020-192339
Document
Author
Full name
Antonio Jorge Dantas Farias Junior
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Guitman, Dmitri Maximovitch (President)
Grichkov, Alexandre
Vasilevich, Dmitry
Title in Portuguese
Estados quânticos do campo eletromagnético interagindo com corrente elétrica
Keywords in Portuguese
Emaranhamento.
Estados quânticos exatos do campo eletromagnético
Invariância do calibre
Radiação Cherenkov
Radiação Sincrotron
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, consideramos uma abordagem alternativa para o estudo da radiação quântica emitida por uma corrente elétrica. Nesta abordagem, estudamos os estados quânticos do campo eletromagnético interagindo com uma corrente elétrica nos calibres de Coulomb e Lorentz. Analisamos os estados finais criados pela corrente elétrica, em particular, mostramos que quando não há fótons iniciais no sistema, o estado final criado pela corrente é um estado coerente. Analisamos os valores médios dos operadores de campo potencial, campo eletromagnético e vetor de Poynting nesses estados finais. Como consideramos ambos os calibres de Coulomb e Lorentz, demonstramos a invariância de calibre para o valor médio dos operadores de campo eletromagnético e do vetor de Poynting. Estudamos o análogo quântico para o problema de radiação emitida por uma carga elétrica que se move ao longo de uma trajetória arbitrária. Construímos a probabilidade de radiação de um e muitos fótons por uma corrente elétrica arbitrária. Estudando a radiação de um fóton por elétrons movendo-se em uma trajetória circular e em linha reta como exemplos, recuperamos os resultados conhecidos das radiações síncrotron e Cherenkov. Além disso, estudamos as propriedades estatísticas dos estados quânticos do campo eletromagnético com o propósito de analisar a possibilidade de geração de emaranhamento pela corrente elétrica clássica no modelo em consideração.
Title in English
Quantum states of the electromagnetic field interacting with electric current
Keywords in English
Cherenkov Radiation
Entanglement.
Exact quantum states of the electromagnetic field
Gauge invariance
Synchrotron Radiation
Abstract in English
In this work we consider an alternative approach to the study of quantum radiation emitted by an electric current. In this approach we studied the states of the quantized electromagnetic field interacting with an electric current in the Coulomb and Lorentz gauges. We analyzed the final states created by the electric current, in particular, we show that in case when there is no initial photons in the system, the final state created by the current is a coherent state. We analyzed the mean values of the potential field, electromagnetic field and Poynting vector operators in these final states. Since we consider both Coulomb and Lorentz gauges, we demonstrate the gauge invariance for the mean value of the electromagnetic field and the Poynting vector operators. We studied the quantum analogue of the radiation problem for an electric charge moving along an arbitrary trajectory. We constructed one- and many-photon radiation probability by an arbitrary electric current. Studying the one-photon radiation by electrons moving in a circular trajectory and in a straight line as examples, we recover the well-known results from the synchrotron and Cherenkov radiations. Furthermore, we also studied the statistical properties of the quantum states of the electromagnetic field in order to analyze the possibility of the entanglement generation by the classical electric current in the framework of the model in consideration.
 
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Publishing Date
2020-05-12
 
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