Conversion of twistedness from light to atoms
Abstract: We develop a simple model and propose a scheme that allows the production of twisted atoms in free space using the absorption of twisted photons by a bound electron. We show that in the inelastic collision of a photon and an atom, the twisted state of the photon is transferred to the center-of-mass state, so that the projection of the orbital momentum of the atom becomes $m_\gamma-\Delta m_e$. We also show that, depending on the experimental conditions, the twistedness of the photon is either transferred to the atomic center-of-mass quantum state or modifies the selection rule for the bound electron transition. Proposed scheme is general and enables complex shaping of the atomic wavefront.
- K. Y. Bliokh, Phys. Rev. A 107, L031501 (2023).
- K. Y. Bliokh, Phys. Rev. Lett. 129, 204303 (2022).
- I. P. Ivanov, Phys. Rev. D 83, 093001 (2011).
- I. P. Ivanov, Progress in Particle and Nuclear Physics 127, 103987 (2022).
- A. G. Hayrapetyan and S. Fritzsche, Physica Scripta 2013, 014067 (2013).
- J. P. Torres and L. Torner, Twisted Photons: Applications of Light with Orbital Angular Momentum (John Wiley &\&& Sons, Hoboken, NJ, 2011).
- M. Uchida and A. Tonomura, Nature 464, 737 (2010).
- B. Knyazev and V. Serbo, Phys.-Usp. 61, 449 (2018).
- L. E. Helseth, Phys. Rev. A 69, 015601 (2004).
- L. A. J. Arlt, K. Dholakia and M. J. Padgett, Journal of Modern Optics 45, 1231 (1998).
- S. J. van Enk, Quantum Optics: Journal of the European Optical Society Part B 6, 445 (1994).
- S. V. Enk and G. Nienhuis, Journal of Modern Optics 41, 963 (1994), https://doi.org/10.1080/09500349414550911 .
- R. Jáuregui, Phys. Rev. A 70, 033415 (2004).
- H. A. Bethe and E. E. Salpeter, Quantum Mechanics of One- and Two-Electron Atoms (Springer-Verlag, 1957).
- C. K. Au, Phys. Lett. A 232, 162 (1997).
- G. Barton and A. Calogeracos, J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 7, S21 (2005).
- U. D. Jentschura and V. G. Serbo, Phys. Rev. Lett. 106, 013001 (2011a).
- U. D. Jentschura and V. G. Serbo, Eur. Phys. J. C 71, 1571 (2011b).
- M. V. Berry, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 6 (2004), 10.1088/1464-4258/6/2/018.
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.