近日，葡萄牙里斯本大学的J. L. Figueiredo&H. Tercas及其研究团队取得一项新进展。经过不懈努力，他们提出简并等离子体中光-物质相互作用的量子动力学理论。相关研究成果已于2024年12月17日在国际知名学术期刊《物理评论A》上发表。

在这项工作中，研究人员通过开发一个量子动力学框架来克服这些局限性，该框架将光场和物质场置于同等地位，自然地融合了线性和非线性相互作用。为了准确描述光的涨落，研究人员引入了一个光子分布函数，该函数与经典电磁场结合，为光子流体提供了更准确的描述。

基于这一形式，研究人员从基本原理出发推导出了动力学方程，这些方程不仅恢复了经典电动力学的结果，还揭示了经典理论中不存在的耦合作用。此外，通过在Hartree-Fock近似中处理库仑相互作用，研究人员通过广义的福克势在动力学和流体动力学范畴中，精确地包含了费米子交换的作用。这一势不仅修正了静电力，还修正了等离子体速度场，在简并条件下这些修正变得尤为重要。

此外，通过求解Hartree-Fock近似中的库仑相互作用，研究小组通过广义的Fock势精确地包括了，费米子交换在动力学和流体机制中的作用。后者不仅提供了对静电力的修正，而且提供了对等离子体速度场的修正，这在简并条件下变得重要。

据悉，对光与物质相互作用的严格处理，通常需要采用相互作用的量子场论。然而，在大多数实际应用中，通常使用的是经典或半经典模型，这些模型仅在可以忽略量子场涨落的情况下才有效。在涉及强光强度或简并物质的情况下，这种近似会失效，因为此时额外的量子效应会变得显著。

附：英文原文

Title: Quantum kinetic theory of light-matter interactions in degenerate plasmas

Author: J. L. Figueiredo, J. T. Mendona, H. Tercas

Issue&Volume: 2024/12/17

Abstract: A rigorous treatment of light-matter interactions typically requires an interacting quantum field theory. However, most applications of interest are handled using classical or semiclassical models, which are valid only when quantum-field fluctuations can be neglected. This approximation breaks down in scenarios involving large light intensities or degenerate matter, where additional quantum effects become significant. In this work, we address these limitations by developing a quantum kinetic framework that treats both light and matter fields on equal footing, naturally incorporating both linear and nonlinear interactions. To accurately account for light fluctuations, we introduce a photon distribution function that, together with the classical electromagnetic fields, provides a better description of the photon fluid. From this formalism, we derive kinetic equations from first principles that recover classical electrodynamical results while revealing couplings that are absent in the corresponding classical theory. Furthermore, by addressing the Coulomb interaction in the Hartree-Fock approximation, we include the role of fermionic exchange exactly in both kinetic and fluid regimes through a generalized Fock potential. The latter provides corrections not only to the electrostatic forces but also to the plasma velocity fields, which become significant in degenerate conditions.

DOI: 10.1103/PhysRevA.110.063519

Source: https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.110.063519