Absorção de luz por um átomo em um meio e o momento da luz na matéria
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ricardo Schwartz Schor
Sebastiao Jose Nascimento de Padua
Sebastiao Jose Nascimento de Padua
Resumo
Nessa dissertação estudamos um modelo simples de interação de um pulso de luz com um átomo ressonante imerso em um meio dielétrico linear não-dispersivo. O modelo consiste em um tratamento clássico para o átomo, considerando o núcleo xo e a nuvem eletrônica como um oscilador harmônico (modelo de Lorentz), sendo forçado pela radiação eletromagnética do pulso incidente e absorvendo energia e momento no processo. A oscilação do dipolo elétrico do átomo gera uma segunda onda eletromagn ética que se superpõe com o pulso incidente. Faremos cálculos da energia e do momento presentes tanto nas ondas eletromagnéticas quanto transmitidos para o átomo em questão e para o meio ao seu redor, procurando balanços de conservação de energia e momento no processo. Esses cálculos serão feitos a m de estudarmos o debate Abraham-Minkowski, que trata de diferentes maneiras de formular o momento linear de um pulso eletromagnético em um meio dielétrico. Em 1908 Minkowski previu que o momento de um pulso de luz em um meio seria proporcional ao índice de refração, enquanto que em 1909 Abraham previu que este momento seria inversamente proporcional ao índice de refração, o que iniciou um debate secular sobre o tema. Hoje entendemos que ambas as formulações são corretas, com o momento de Abraham estando associado ao momento cinético e o de Minkowski associado ao momento canônico da onda eletromagnética. O objetivo principal desta dissertação é investigar o papel dos momentos de Abraham e de Minkowski no sistema em questão.
Abstract
In this dissertation we study a simple interaction model of a light pulse with a resonant atom immerse in a linear, nondispersive dielectric medium. The model consists in a classic treatment for the atom, considering a xed nucleus and the electron cloud as a harmonic oscillator (Lorentz model), being forced by the electromagnetic radiation of the incident pulse and absorbing energy and momentum in the process. The electric dipole oscilation generates a second electromagnetic wave that overlaps with the incident pulse. We will make energy and momentum calculations for the electromagnetic wave, as well as transmitted to the resonant atom and to the surroundings, in order to nd conservation of energy and momentum in the process. We use these calculations to investigate the Abraham-Minkowski controversy, that debates the correct expression for electromagnetic momentum within a material medium. In 1908 Minkowski predicted that the momentum of a light wave in a medium would be proportional to the refractive index, while in 1909 Abraham predicted that the momentum would be proportional to the inverse of the refractive index, what initiated a century long debate. Today we understand that both formulations are correct, with Abraham's momentum associated with kinetic momentum and Minkowski's associated with the canonical momentum of the electromagnetic wave. The main objective of this paper is to investigate the role of Abraham's and Minkowski's momentum in the presented system.
Assunto
Debate Abraham-Minkowski, Momento eletromagnético, Eletrodinâmica clássica, Óptica clássica
Palavras-chave
Eletrodinâmica, Debate Abraham-Minkowski, Momento eletromagnético, clássica, Óptica clássica