Coherently amplifying photon production from vacuum with a dense cloud of accelerating photodetectors
Coherently amplifying photon production from vacuum with a dense cloud of accelerating photodetectors
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通过密集的加速光电探测器云相干地放大真空中的光子产生
DOI：
10.1038/s42005-021-00622-3
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发表时间：
2021
影响因子：
5.5
通讯作者：
Blencowe, Miles
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Hui;Blencowe, Miles
据预测，加速光电探测器可以在电磁真空中看到光子。然而，所需的极端加速度阻碍了对这种量子真空效应的直接实验验证。在这项工作中，我们考虑了许多加速光电探测器包含在一个电磁腔内。我们表明，由此产生的光子产生从腔真空可以集体增强，如可测量。组合腔-光电探测器系统映射到参数驱动的dicke型模型；当探测器数量超过一定的临界值时，真空光子产生经历了从正常相位到增强的超辐射状反向激光相位的相变。这种模型可以通过在超导微波腔内进行千兆赫兹弯曲运动的具有密集光活性缺陷的机械膜来实现。我们提供的估计表明，最近相关的实验装置接近于证明这种倒置的真空光子激光相位。
An accelerating photodetector is predicted to see photons in the electromagnetic vacuum. However, the extreme accelerations required have prevented the direct experimental verification of this quantum vacuum effect. In this work, we consider many accelerating photodetectors that are contained within an electromagnetic cavity. We show that the resulting photon production from the cavity vacuum can be collectively enhanced such as to be measurable. The combined cavity-photodetectors system maps onto a parametrically driven Dicke-type model; when the detector number exceeds a certain critical value, the vacuum photon production undergoes a phase transition from a normal phase to an enhanced superradiant-like, inverted lasing phase. Such a model may be realized as a mechanical membrane with a dense concentration of optically active defects undergoing gigahertz flexural motion within a superconducting microwave cavity. We provide estimates suggesting that recent related experimental devices are close to demonstrating this inverted, vacuum photon lasing phase.
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