The quantum transitions probability as paths-integral in energy states space


Cite item

Full Text

Abstract

By the use of the functional integration approach (paths integral approach) we present a non-perturbative method for dynamics of multi-levels quantum systems (such as atoms, molecules and nanosystems) interacting with high-intensity laser field describing. The probability of transitions between investigated quantum system states under electromagnetic field action is written as functional integral in energy representation (in investigated quantum system energy states space). In this approach we calculate probabilities of diatomic molecules transition between rotating quantum states under the ultrashort laser pulses train action by the use of numerical simulations. We investigate the dynamics of rotating quantum states population for 14N 2 and 15N 2 molecules interacting with a train of picoseconds laser pulses with different train period and intensity. We show for some train periods there are resonances of population transfer from low rotating quantum states of investigated molecules to high states. We study these resonances for various laser field intensities and pulses train periods. We note that in resonance case the parameters of laser field are different for 14N 2 and 15N 2 molecules. Obtained results indicate on the possibility of molecules rotating states selective exitation by ultrashort laser pulses train. Our numerical results are in agreement with results of experimental studies [Phys. Rev. Lett., 2012, vol. 109, 043003].

About the authors

Alexander A Biryukov

Samara State University

Email: biryukov@samsu.ru
(Cand. Phys. & Math. Sci.; biryukov@samsu.ru), Head of Dept., Dept. of General & Theoretical Physics 1, Academician Pavlov st., Samara, 443011, Russian Federation

Mark A Shleenkov

Samara State University

Email: shleenkov@list.ru
(Cand. Phys. & Math. Sci.; shleenkov@list.ru; Corresponding Author), Assistant, Dept. of General & Theoretical Physics 1, Academician Pavlov st., Samara, 443011, Russian Federation

References

  1. Бирюков А. А., Шлеенков М. А. Представление вероятностей квантовых переходов функциональным интегралом в пространстве энергетических состояний / Четвертая международная конференция «Математическая физика и ее приложения»: материалы конф.; ред. чл.-корр. РАН И. В. Волович; д.ф.-м.н., проф. В. П. Радченко. Самара: СамГТУ, 2014. С. 87.
  2. Sweatlock L. A., Maier S. A., Atwater H. A., Penninkhof J. J., Polman A. Highly confined electromagnetic fields in arrays of strongly coupled Ag nanoparticles // Phys. Rev. B. Vol. 71, no. 23, 235408. doi: 10.1103/physrevb.71.235408.
  3. Hao E., Schatz G. C. Electromagnetic fields around silver nanoparticles and dimers // J. Chem. Phys., 2004. vol. 120, no. 1. pp. 357-369. doi: 10.1063/1.1629280.
  4. Govorov A. O. Semiconductor-metal nanoparticle molecules in a magnetic field: Spinplasmon and exciton-plasmon interactions // Phys. Rev. B, 2010. vol. 82, no. 15, 155322. doi: 10.1103/physrevb.82.155322.
  5. Кошляков П. В., Чесноков Е. Н., Горелик С. Р., Киселев В. Г., Петров А. К. Инфракрасная многофотонная диссоциация метилтрифторсилана // Хим. физ., 2006. Т. 25, № 6. С. 22-32.
  6. Ursrey D., Anis F., Esry B. D. Multiphoton dissociation of HeH+ below the He+ (1s) +H(1s) threshold // Phys. Rev. A. vol. 85, no. 2, 023429, arXiv: 1112.3688 [physics.atom-ph]. doi: 10.1103/physreva.85.023429.
  7. Wellers Ch., Borodin A., Vasilyev S., Offenberg D., Schiller S. Resonant IR multiphoton dissociation spectroscopy of a trapped and sympathetically cooled biomolecular ion species // Phys. Chem. Chem. Phys., 2011. vol. 13, no. 42. pp. 18799-809. doi: 10.1039/c1cp22428j.
  8. Richter M., Amusia M. Ya., Bobashev S. V., Feigl T., Juranizć P. N., Martins M., Sorokin A. A., Tiedtke K. Extreme Ultraviolet Laser Excites Atomic Giant Resonance // Phys. Rev. Let., 2009. vol. 102, no. 16, 163002. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.163002.
  9. Farrell J. P., Petretti S., Förster J., McFarland B. K., Spector L. S., Vanne Y. V., Decleva P., Bucksbaum P. H., Saenz A., Gühr M. Strong Field Ionization to Multiple Electronic States in Water // Phys. Rev. Let., 2011. vol. 107, no. 8, 083001, arXiv: 1103.4423 [physics.atom-ph]. doi: 10.1103/PhysRevLett.107.083001.
  10. Goodsell A., Ristroph T., Golovchenko J. A., Hau L. V. Field Ionization of Cold Atoms near the Wall of a Single Carbon Nanotube // Phys. Rev. Let., 2010. vol. 104, no. 13, 133002, arXiv: 1004.2644 [physics.atom-ph]. doi: 10.1103/PhysRevLett.104.133002.
  11. Raynaud M., Kupersztych J. Ponderomotive effects in the femtosecond plasmon-assisted photoelectric effect in bulk metals: Evidence for coupling between surface and interface plasmons // Phys. Rev. B., 2007. vol. 76, no. 24, 241402(R). doi: 10.1103/PhysRevB.76.241402.
  12. Raynaud M., Kupersztych J. Anomalous Multiphoton Photoelectric Effect in Ultrashort Time Scales // Phys. Rev. Let., 2005. vol. 95, no. 14, 147401. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.147401.
  13. Zhdanovich S., Bloomquist C., Floß J., Averbukh I. Sh., Hepburn J. W., Milner V. Quantum Resonances in Selective Rotational Excitation of Molecules with a Sequence of Ultrashort Laser Pulses // Phys. Rev. Lett., 2012. vol. 109, no. 4, 043003, arXiv: 1201.3151 [quant-ph]. doi: 10.1103/PhysRevLett.109.043003.
  14. Floß J., Fishman Shm., Averbukh I. Sh. Anderson localization in laser-kicked molecules // Phys. Rev. A, 2013. vol. 88, no. 2, 023426. doi: 10.1103/PhysRevA.88.023426.
  15. Floß J., Averbukh I. Sh. Quantum resonance, Anderson localization, and selective manipulations in molecular mixtures by ultrashort laser pulse // Phys. Rev. A, 2013. vol. 86, no. 2, 021401(R), arXiv: 1110.3509 [quant-ph]. doi: 10.1103/PhysRevA.86.021401.
  16. Feynman R. P., Hibbs A. R. Quantum Mechanics and Path Integrals. New York: McGrawHill, 1965.
  17. Бирюков А. А., Шлеенков М. А. Вычисление вероятностей переходов квантовой системы путем интегрирования вещественных функционалов // Теоретическая физика, 2012. Т. 13. С. 8-42.
  18. Biryukov A., Shleenkov M. Path integral approach to the problem of rotational excitation of molecules by an ultrashort laser pulses sequence, 2014. 6 pp., arXiv: 1407.3893 [quant-ph]
  19. Scully M. O., Zubairy M. S. Quantum Optics. Cambridge: Cambridge University Press, 1997. xxii+630 pp.. doi: 10.1017/CBO9780511813993
  20. Ryazanov G. V. Quantum-mechanical probability as a sum over path // JETP, 1958. vol. 35, no. 1. pp. 121-131.
  21. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 3: Квантовая механика (нерелятивистская теория). М.: Наука, 1989. 786 с.
  22. Irikura K. Experimental Vibrational Zero-Point Energies: Diatomic Molecules // J. Phys. Chem. Ref. Data, 2007. vol. 36, no. 2. pp. 389-397. doi: 10.1063/1.2436891.
  23. NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark Database / ed. Russell D. Johnson III, Release 16a, August 2013, http://cccbdb.nist.gov.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2015 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».