Quantum electrodynamic effects in finite space

¹ Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D-8046 Garching, F.R.G.
² Sektion Physik Universität München, D-8046 Garching, F.R.G.

Abstract

The modifications of various quantum properties due to a discrete structure of the modes of the vacuum electromagnetic field are discussed. In contrast to the usual case of a continuous spectrum of the free space fluctuations, we consider physical systems in a resonator or in a wave guide. It is shown that the relaxation time of the system can be increased ot decreased, by increasing or decreasing the density of modes with respect to the case of unperturbed vacuum. On the other hand, we predict level shifts due to the reduced mass of the electron and deviations from the Lambshift for hydrogen in a wave guide, which can be detected with the presently feasible high resolution spectroscopy. We propose an experimental set-up.

Résumé

Nous discutons les modifications de diverses propriétés quantiques sous l'influence d'une structure de modes discrets du champ électromagnétique dans le vide. En comparaison du cas habituel d'un spectre continu des fluctuations du vide dans l'espace libre, nous considérons ici des systèmes physiques dans un résonateur ou un guide d'ondes. Il est démontré que le temps de relaxation du système peut être prolongé ou raccourci, ceci en augmentant ou diminuant la densité des modes par rapport à sa valeur dans le vide non-perturbé. D'autre part, nous prédisons des déplacements de niveau dus à la masse réduite de l'électron et des déviations du Lamb shift pour des atomes d'hydrogène dans un guide d'ondes, qui peuvent être détectées grâce à la haute résolution accessible actuellement en spectroscopie. Nous présentons un dispositif expérimental.