Detecting quantum vacuum fluctuations of the electromagnetic field
Abstract: Quantum vacuum fluctuations of the electromagnetic field result in two signatures on a harmonically trapped charged particle: a shift from the natural trap frequency and generation of quantum coherences. We assess the role of the long-wavelength and rotating-wave approximations in estimating this frequency shift. We estimate the magnitude of the frequency shift using parameters from a single-electron cyclotron experiment and also demonstrate how the dependence of the frequency shift on the magnetic field of the cyclotron is tied to the rotating-wave approximation. We expect the frequency shift to be observable in future experiments. We also suggest a possible route to detecting vacuum-generated quantum coherences. These experiments should settle the debate on the choice of approximations and gauge in capturing the effect of the quantum vacuum fluctuations.
- W. E. Lamb and R. C. Retherford, Phys. Rev. 72, 241 (1947).
- H. A. Bethe, Phys. Rev. 72, 339 (1947).
- T. A. Welton, Phys. Rev. 74, 1157 (1948).
- H. B. G. Casimir and D. Polder, Phys. Rev. 73, 360 (1948).
- H. B. G. Casimir, Indag. Math. 10, 261 (1948).
- S. K. Lamoreaux, Phys. Rev. Lett. 78, 5 (1997).
- D. J. B. Alexander Stange, David K. Campbell, Physics Today 74, 42 (2021).
- A. Stokes and A. Nazir, Rev. Mod. Phys. 94, 045003 (2022).
- A. Gundhi, O. Angeli, and A. Bassi, Open system dynamics from fundamental lagrangian (2024), arXiv:2403.14752 [quant-ph] .
- L. S. Brown and G. Gabrielse, Rev. Mod. Phys. 58, 233 (1986).
- S. Guellati-Khelifa, Searching for new physics with the electron’s magnetic moment (2023).
- J. B. French and V. F. Weisskopf, Phys. Rev. 75, 1240 (1949).
- A. Redfield, in Advances in Magnetic Resonance, Advances in Magnetic and Optical Resonance, Vol. 1, edited by J. S. Waugh (Academic Press, 1965) pp. 1–32.
- X. Fan and G. Gabrielse, Phys. Rev. A 103, 022824 (2021).
- G. J. Maclay, Physics 2, 105 (2020).
- M. R. Vanner, I. Pikovski, and M. S. Kim, Ann. Phys. 527, 15 (2015).
- T. Weiss and O. Romero-Isart, Phys. Rev. Res. 1, 033157 (2019).
- C. Flühmann and J. P. Home, Phys. Rev. Lett. 125, 043602 (2020).
- J. D. Jackson, Classical electrodynamics (John Wiley & Sons, 2021) Chap. 14.
- A. Higuchi and P. J. Walker, Phys. Rev. D 80, 105019 (2009).
- H.-P. Breuer and F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems (Oxford University Press, 2007).
- A. Stokes, H. Riley, and A. Nazir, Open Systems &; Information Dynamics 30 (2023).
- G. Agarwal, Quantum Optics (Cambridge University Press, 2012).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.
