تاثیر باریکه لیزر بر درهم­تنیدگی ذره- ذره در پلاسمای چگال کوانتمی دودمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 گروه فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده
درهم‌تنیدگی یک پدیده‌ی کاملاً کوانتومی است و پراکندگی ذره-ذره امکان تولید درهم‌تنیدگی کوانتومی را فراهم می‌کند که به پتانسیل برهم‌کنشی میان دو ذره وابسته است. ارزیابی میزان درهم‌تنیدگی در پراکندگی ذره-ذره، به‌صورت نظری، با معیار پایبندی درهم‌تنیدگی انجام می‌شود. پتانسیل برهم‌کنشی ذره-ذره در حضور ذرات دیگر، مانند محیط پلاسما، و نیز در حضور میدان الکتریکی خارجی ناشی از لیزر تغییر می‌کند؛ بنابراین، درهم‌تنیدگی کوانتومی تابعی از پارامترهای پلاسما و لیزر خواهد بود. در این مقاله، یک محیط پلاسمای چگال دودمایی برای الکترون‌ها و یون‌ها در نظر گرفته شده است که می‌تواند رفتار کلاسیکی یا کوانتومی، مانند پراش کوانتومی یا تقارن، از خود نشان دهد. همچنین، میدان الکتریکی خارجیِ مشابه لیزر نیز حضور دارد. برهم‌کنش لیزر با ذرات پلاسما منجر به تحریک نوسانات و تغییر دینامیک محیط پلاسمایی می‌شود؛ با این حال، تمامی این اثرات را می‌توان در قالب پتانسیل برهم‌کنشی ذره-ذره لحاظ کرد. از این‌رو، می‌توان تأثیر پارامترهای پلاسما، نظیر دما و چگالی، و نیز شدت لیزر را بر درهم‌تنیدگی به‌طور مستقیم تحلیل کرد. نتایج نشان می‌دهند که انرژی برخوردی پایین، دمای پایین پلاسما، چگالی بالای ذرات یا طول دبای کوتاه، و نیز دامنه‌های خاصی از شدت لیزر، موجب افزایش میزان درهم‌تنیدگی می‌شوند. همچنین، در یک پلاسمای الکترون-یون، اهمیت دمای الکترون‌ها در دینامیک درهم‌تنیدگی به‌مراتب بیشتر از دمای یون‌ها است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Laser beam effect on particle-particle entanglement in two-temperature dense quantum plasma

نویسندگان English

Ramin Roozehdar Mogaddam 1
Nasser Sepehri Javan 2
Aydin Ghalehasadi 3
Mustafa Abdulsamad Majeed 2
1 Physics and Accelerators Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box:11365-8486, Tehran-Iran
2 Department of Physics, Faculty of Science, University of Mohaghegh Ardabili, P.O.Box:179, Ardabil, Iran
3 Faculty of Physics, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

Entanglement is an inherently quantum phenomenon, and particle-particle scattering can generate quantum entanglement depending on the interaction potential between the two particles. The theoretical evaluation of the entanglement generated during particle-particle scattering is carried out using entanglement fidelity. The particle-particle interaction potential is modified in the presence of other particles, such as those in a plasma environment, and under an external electric field induced by a laser. Consequently, quantum entanglement becomes a function of plasma and laser parameters. In this study, a dense two-temperature plasma environment consisting of electrons and ions is considered, which can exhibit either classical or quantum behavior, including quantum diffraction and exchange symmetry, while an external electric field (laser) is also present. The interaction of the laser with plasma particles excites oscillations and modifies the plasma dynamics, all of which can be incorporated into the effective particle-particle interaction potential. Therefore, the effects of plasma parameters, such as temperature and density, as well as laser intensity, on entanglement can be directly analyzed. The results show that low collision energy, low plasma temperature, high particle density (or short Debye length), and specific ranges of laser intensity lead to an enhancement of quantum entanglement. Furthermore, in an electron-ion plasma, the electron temperature plays a much more significant role in entanglement dynamics than the ion temperature.

کلیدواژه‌ها English

Quantum entanglement
Quantum dense plasma
Laser
Entanglement Fidelity
Effective potential
1.       P G Kwiat, et al., Nature 409 (2001) 1014.
2.       E Hagley, et al., Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 1.
3.       E Rieffel and W Polak, ACM Comput. Surv. 32 (2000) 300.
4.       J Kempe, Phys. Rev. A 60 (1999) 910.
5.       I M Georgescu, S Ashhab and F Nori, Rev. Mod. Phys. 86 (2014) 153.
6.       A M Childs, J Preskill and J Renes, J. Mod. Opt. 47 (2000) 155.
7.       R Weder, Phys. Rev. A 84 (2011) 062320.
8.       D Bai and Z Ren, Phys. Rev. C 106 (2022) 064005.
9.       O Marty, et al., Phys. Rev. B 89 (2014) 125117.
10.   K Mishima, M Hayashi and S H Lin, Phys. Lett. A 333 (2004) 371.
11.   D M Chang and Y D Jung, Phys. Scr. 72 (2005) 234.
12.   D S Shin and Y D Jung, Phys. Lett. A 372 (2008) 5458.
13.   Y D Jung and D Kato, Phys. Plasmas 15 (2008) 104503.
14.   D H Ki and Y D Jung, J. Phys. Soc. Jpn. 80 (2011) 083501.
15.   Y D Jung, Phys. Plasmas 18 (2011) 114503.
16.   Y D Jung and W P Hung, Phys. Plasmas 19 (2012) 034502.
17.   W P Hong and Y D Jung, Phys. Scr. 89 (2014) 065601.
18.   M J Lee and Y D Jung, Eur. Phys. J. Plus 132 (2017) 442.
19.   R Roozehdar Mogaddam, et al., Phys. Scr. 95 (2020) 035604.
20.   B J Falaye, et al., Laser Phys. Lett. 16 (2019) 045204.
21.   R Roozehdar Mogaddam, et al., Commun. Theor. Phys. 76 (2024) 085501.
22.   T S Ramazanov, Z A Moldabekov and M T Gabdullin, Phys. Rev. E 92 (2015) 023104.
23.   N Sepehri Javan and R Roozehdar Mogaddam, Plasma Phys. Control. Fusion 62 (2020) 115010.
24.   R Roozehdar Mogaddam, et al., Phys. Plasmas 25 (2018) 112104.
25.   V Azimi Mousolou, Quantum Inf. Process. 19 (2020) 329.
26.   H Goldstein, C Poole and J Safko, Classical Mechanics, 3rd ed., Addison-Wesley (2002).
27.   J J Sakurai, Modern Quantum Mechanics, Addison-Wesley (1986).
28.   C H Bennett, et al., Phys. Rev. A 54 (1996) 3824.
29.   M Horodecki, P Horodecki and R Horodecki, Phys. Rev. A 60 (1999) 1888.
30.   D K Dacol and D G Roy, J. Acoust. Soc. Am. 120 (2006) 2518.
31.   C Deutsch, Phys. Lett. A 60 (1977) 317.
32.   P Seuferling, J Vogel and C Toepffer, Phys. Rev. A 40 (1989) 323.
33.   T S Ramazanov, K N Dzhumagulova and M T Gabdullin, Phys. Plasmas 17 (2010).
34.    G B Arfken and H J Weber, Mathematical Methods for Physicists, Academic Press (1972).

تحت نظارت وف بومی