Arrival times in quantum mechanics: Operational and quantum optical approaches

Ankunftszeiten in der Quantenmechanik: Operative und quantenoptische Ansätze

by Dirk Seidel
Doctoral thesis
Date of Examination:2005-07-06
Date of issue:2005-07-29
Advisor:Prof. Dr. Gerhard C. Hegerfeldt
Referee:Prof. Dr. Kurt Schönhammer
Referee:Prof. Dr. Werner Lauterborn
Referee:Prof. Dr. Franz Kneer
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2620

 

 

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Description:Dissertation

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Abstract

English

The theoretical analysis of time observables in quantum mechanics has been controversial and is still subject to debate. In the present work, a measurement-based approach to quantum arrival times is studied in detail. It is based on the emission time of the first spontaneous photon from a a two-level atom moving into a laser-illuminated region. This quantum-optical model is shown to give an operational understanding of various ideal proposals for quantum arrival-time distributions as well as for local kinetic energy densities. As a main result, a first measurement-based procedure to Kijowski`s arrival-time distribution is given and the approach is used to generalize this distribution to the case of particles interacting with an external potential.
Keywords: quantum mechanics; arrival time; dwell time; quantum optics; fluorescence; Hartman effect; Quantenmechanik; Ankunftszeit; Aufenthaltszeit; Quantenoptik; Fluoreszenz; Hartman-Effekt

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Die theoretische Beschreibung von Zeitmessungen in der Quantenmechanik ist noch immer Gegenstand aktueller Forschung. Die vorliegende Arbeit untersucht im Detail einen operativen Ansatz für Quanten-Ankunftszeiten. Dieser Ansatz beruht auf der Berechnung der Emissionszeiten des ersten spontanen Photons, das von einem Zwei-Niveau-Atom ausgesendet wird, welches sich auf ein räumlich begrenztes Laserfeld zubewegt. Das quantenoptische Modell liefert ein auf einer Messvorschrift basierendes Verständnis für zahlreiche ideale Vorschläge hinsichtlich Quanten-Ankunftszeitverteilungen sowie für lokale kinetische Energiedichten. Als ein wichtiges Ergebnis wird zum ersten Mal ein operativer Zugang zu Kijowski`s Ankunftszeitverteilung vorgestellt und der vorliegende Ansatz kann diese Verteilung zwanglos auf den Fall wechselwirkender Teilchen verallgemeinern.
 
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