Physics

Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped by Tongcang Li

By Tongcang Li

Fundamental assessments of Physics with Optically Trapped Microspheres details experiments on learning the Brownian movement of an optically trapped microsphere with ultrahigh answer and the cooling of its movement in the direction of the quantum floor country.

Glass microspheres have been trapped in water, air, and vacuum with optical tweezers; and a detection procedure that could computer screen the placement of a trapped microsphere with Angstrom spatial solution and microsecond temporal solution was once built to check the Brownian movement of a trapped microsphere in air over a variety of pressures. The on the spot pace of a Brownian particle, specifically, used to be studied for the first actual time, and the implications supply direct verification of the Maxwell-Boltzmann pace distribution and the power equipartition theorem for a Brownian particle. for brief time scales, the ballistic regime of Brownian movement is saw, unlike the standard diffusive regime.

In vacuum, energetic suggestions is used to chill the center-of-mass movement of an optically trapped microsphere from room temperature to a minimal temperature of approximately 1.5 mK. this can be an immense step towards learning the quantum behaviors of a macroscopic particle trapped in vacuum.

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Elementarteilchenphysik von den Grundlagen zu den modernen Experimenten; mit 51 Tabellen, 88 Übungen mit Lösungshinweisen

Dieses Lehrbuch bietet eine systematische Einf? hrung, von den Grundlagen zu den modernen Experimenten bis hin zu den j? ngsten Entwicklungen des Gebiets. Experimentelle Hilfsmittel wie Beschleuniger und Detektoren werden zu Beginn besprochen. Dann folgen die Symmetrieprinzipien und ihre Anwendungen.

Elements de Mécanique quantique - Tome 1

I Les origines de l. a. Th´eorie quantique
I. 1. Les thoughts de l. a. body classique
(I. 1. 1) constitution corpusculaire de l. a. mati`ere
(I. 1. 2) Nature ondulatoire de l. a. lumi`ere
(I. 1. three) Le d´eterminisme de l. a. body classique
I. 2. Ondes ´electromagn´etiques et quanta de lumi`ere
I. three. l. a. nature ondulatoire de los angeles mati`ere
(I. three. 1) Les spectres de raies et les ondes de Louis de Broglie
(I. three. 2) Description quantique d’une particule libre : le paquet d’ondes
I. four. Dualit´e onde-corpuscule de l. a. lumi`ere et de l. a. mati`ere
I. five. Exercices sur les bases exp´erimentales de los angeles m´ecanique quantique
II Syst`emes quantiques simples
II. 1. Etat quantique d’une particule libre
(II. 1. 1) Fonction d’onde
(II. 1. 2) Courant de probabilit´e
(II. 1. three) Valeur moyenne et ´ecart quadratique moyen
(II. 1. four) Op´erateur “impulsion” dans l’espace des coordonn´ees
II. 2. Particule dans un potentiel ind´ependant du temps
(II. 2. 1) suggestions stationnaires
(II. 2. 2) Quantification de l’´energie
II. three. los angeles barri`ere de potentiel finie : l’effet tunnel
II. four. Le puits quantique
II. five. L’oscillateur harmonique
(II. five. 1) M´ethode de r´esolution polynˆomiale
(II. five. 2) M´ethode des op´erateurs de cr´eation et de destruction
II. 6. Appendice : Fonction g´en´eratrice des polynˆomes d’Hermite et oscillateur harmonique
(II. 6. 1) Orthonormalit´e des fonctions 'n(x) de l’oscillateur harmonique
(II. 6. 2) Valeurs moyennes et probabilit´e de transition
III Fondements de l. a. th´eorie quantique
III. 1. Equation de Schr¨odinger et ses propri´et´es
(III. 1. 1) Spectre de l’op´erateur hamiltonien et element de vue du calcul vectoriel
(III. 1. 2) Le vecteur d’´etat de l’espace d’Hilbert E et ses propri´et´es
(III. 1. three) Repr´esentation des coordonn´ees |ri
(III. 1. four) Repr´esentation des impulsions |pi
(III. 1. five) formula matricielle : Repr´esentation des ´etats d’´energie
(III. 1. 6) D´eg´en´erescence d’un niveau d’´energie
III. 2. constitution de l’espace de Hilbert "H et produits tensoriels d’espaces
III. three. Le processus de mesure et sa description quantique
(III. three. 1) Commutateurs et grandeurs physiques simultan´ement mesurables
(III. three. 2) Grandeurs physiques non simultan´ement mesurables : G´en´eralisation des relatives d’incertitude
de Heisenberg
III. four. L’´equation d’´evolution
III. five. Les diff´erents sch´emas en m´ecanique quantique
(III. five. 1) Le sch´ema de Schr¨odinger
(III. five. 2) Le sch´ema de Heisenberg
(III. five. three) Le sch´ema d’interaction
III. 6. L’op´erateur de densit´e
III. 7. Int´egrale premi`ere et sym´etrie
(III. 7. 1) Observables compatibles et constantes du mouvement
(III. 7. 2) Sym´etrie et constante du mouvement
(III. 7. three) G´en´erateur d’une transformation de sym´etrie
(III. 7. four) Sym´etrie de translation
III. eight. Sym´etrie par rapport aux variations de particules identiques, les “bosons” et les “fermions”
III. nine. M´ethodes d’approximation pour los angeles r´esolution de l’´equation de Schr¨odinger
(III. nine. 1) Th´eorie de perturbation
(III. nine. 2) M´ethode variationnelle lin´eaire
III. 10. Conclusions : Postulats de los angeles body quantique
III. eleven. Appendice : Le cadre math´ematique de l’espace de Hilbert "H
IV Les moments angulaires en th´eorie quantique
IV. 1. Fonctions propres et valeurs propres du second cin´etique orbital : M´ethode polynˆomiale
IV. 2. Sym´etrie de rotation et second angulaire
IV. three. M´ethode alg´ebrique : Les op´erateurs d’´echelle
IV. four. Repr´esentation matricielle des op´erateurs du second angulaire
IV. five. Le spin d’une particule
(IV. five. 1) Le second magn´etique de l’´electron
(IV. five. 2) Exp´erience de Stern et Gerlach
(IV. five. three) Vecteur d’´etat et op´erateur de spin
(IV. five. four) Pr´ecession du spin dans un champ magn´etique
(IV. five. five) Composition de deux moments angulaires
IV. 6. Appendice : Fonctions sp´eciales associ´ees au second angulaire
(IV. 6. 1) Polynˆomes de Legendre
(IV. 6. 2) Les harmoniques sph´eriques
V Particules dans un champ de strength central
V. 1. Le probl`eme de deux particules en th´eorie quantique
(V. 1. 1) Potentiel `a sym´etrie sph´erique
(V. 1. 2) Vibrations et rotations d’une mol´ecule
V. 2. L’atome hydrog´eno¨ıde
(V. 2. 1) Fonction d’onde totale et ses propri´et´es
V. three. constitution tremendous des atomes alcalins
(V. three. 1) Interactions spin-orbite
(V. three. 2) Corrections relativistes
V. four. Effet de Zeeman des atomes alcalins
(V. four. 1) Atome plac´e dans un champ magn´etique quelconque
(V. four. 2) Effet Zeeman anomal
(V. four. three) Effet Paschen-Back
V. five. Etats quantiques de los angeles mol´ecule diatomique
V. 6. Appendice : Propri´et´es des fonctions sp´eciales de l’atome hydrog´eno¨ıde
(V. 6. 1) Les polynˆomes de Laguerre associ´es
VI Transitions entre ´etats stationnaires
VI. 1. Mouvement d’une particule charg´ee soumise `a un champ ´electromagn´etique
(VI. 1. 1) Le hamiltonien du syst`eme
(VI. 1. 2) motion d’un champ magn´etique constant
(VI. 1. three) Invariance de jauge
VI. 2. Perturbations non stationnaires
(VI. 2. 1) R`egle d’or de Fermi
VI. three. Le rayonnement dipolaire
VI. four. Corrections multipolaires
VI. five. Expression quantique des coefficients d’Einstein
VI. 6. Coefficients d’absorption
VI. 7. R`egles de s´election et le spectre optique d’atome `a un ´electron
(VI. 7. 1) Les r`egles de s´election d’un oscillateur harmonique et d’un atome hydrog´eno¨ıde r´ealiste
VII advent `a los angeles th´eorie quantique non-relativiste des syst`emes
de particules identiques
VII. 1. Le formalisme g´en´eral
VII. 2. software `a l’atome d’h´elium
(VII. 2. 1) interplay d’´echange et magn´etisme
VII. three. L’approximation du champ self-consistant de Hartree et de Hartree-Fock
VIII advent `a l. a. th´eorie quantique de l. a. diffusion par un
potentiel
VIII. 1. part efficace de diffusion
(VIII. 1. 1) part efficace diff´erentielle dans le syst`eme du laboratoire
(VIII. 1. 2) Interpr´etation classique et loi de Rutherford
VIII. 2. Traitement stationnaire
(VIII. 2. 1) Equation int´egrale de l. a. diffusion et answer “approch´ee” : “Approximation de Born”
(VIII. 2. 2) Le r`egle d’Or de Fermi et l’approximation de Born
(VIII. 2. three) M´ethode des ondes partielles
Livres de r´ef´erence
– J. L. Basdevant, M´ecanique quantique, ellipses, 1986.
– J. Hladik, M´ecanique quantique, ´editions Masson, Paris, 1997.
Bibliographie
– D. Blokintsev, Principes de m´ecanique quantique, ´editions Mir, Moscou, 1981.
– J. M. L´evy-Leblond, F. Balibar, Quantique. Rudiments, Inter-Editions, Paris, 1984.
– Cl. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Lalo¨e, M´ecanique quantique, tomes I & II, Hermann, 1980.
– E. Merzbacher, Quantum Mechanics, John Wiley, third ed. , 1998.
– S. Gasiorowicz, Quantum Physics, John Wiley, 1997.
– L. D. Landau, E. M. Lifshitz, Quantum Mechanics, Pergamon Press, third ed. , 1981.
– V. okay. Thankappan, Quantum Mechanics, John Wiley, second ed. , 1993.
– A. B. Wolbarst, Symmetry and Quantum Mechanics, Van Nostrand Reinhold Comp. , 1977.
– W. Louisell, Radiation and noise in Quantum Electronics, McGraw-Hill, 1964.
– A. Z. Capri, Nonrelativistic Quantum Mechanics, Benjamin/Cummings, 1985.
– J. J. Sakurai, smooth Quantum Mechanics, Benjamin/Cummings, 1985.
– W. Greiner, B. M¨uller, Quantum Mechanics, vol. I & II, Hermann, 1980.
– T. Fliessbach, Quantenmechanik, Spektrum Akademischer Verlag, 1995.
– R. W. Robinett, Quantum Mechanics, Oxford college Press, 1997.

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Sample text

2 Trapping Microspheres 31 Fig. 10 A possible motion of a microsphere trapped in a misaligned dual-beam optical tweezer the scattering force from the left laser beam will push the microsphere to the right, and the scattering force from the right beam will push the microsphere to the left. This results in a cycled motion. In air (or water), the resulted complex motion can be stable due to the air (or water) damping. We have observed this phenomenon in both air and water. In vacuum, however, the mechanical energy of the microsphere will keep increasing until the microsphere escapes from the trap eventually.

Lesker Company, model: Nupro BK, SS-4BK). With these valves and vacuum pumps, we can control the pressure in the science chamber from 10−6 to 1,500 torr easily. We can achieve much lower pressure with bakeout. The ability to control air pressure allows us to study the Brownian motion of a trapped microsphere at different pressures, and cool the motion of a trapped microsphere in vacuum. References 1. A. M. Dziedzic, Optical levitation by radiation pressure. Appl. Phys. Lett. 19, 283 (1971) 2. A.

Dziedzic, Optical levitation by radiation pressure. Appl. Phys. Lett. 19, 283 (1971) 2. A. M. Dziedzic, Optical levitation in high vacuum. Appl. Phys. Lett. 28, 333 (1976) 3. R. Omori, T. Kobayashi, A. Suzuki, Observation of a single-beam gradient-force optical trap for dielectric particle in air. Opt. Lett. 22, 816 (1997) 4. A. M. E. Bjorkholm, S. Chu, Observation of a single beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt. Lett. 11, 288 (1986) 5. C. M. Block, Optical trapping. Rev.

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