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Uno degli aspetti piu’ interessanti dell’interazione radiazione materia consiste
nell’emissione spontanea. Il concetto fu introdotto per la prima volta
da Einstein per un sistema costituito da una cavità, all’interno della quale
la radiazione elettromagnetica è continuamente assorbita ed emessa da un
sistema atomico all’equilibrio termodinamico. Il termine di emissione spontanea
fu appunto inserito per far quadrare le equazioni di rate e per molto
tempo fu considerato una proprietà immutabile della specie atomica, nonché
un fenomeno irreversibile.
Tuttavia, quando il numero di stati finali possibili per il fotone emesso tende
ad uno, ovvero quando le dimensioni della cavità ottica sono paragonabili
alle dimensioni della lunghezza d’onda e le perdite sono trascurabili rispetto
all’interazione tra il fotone della cavità e l’atomo, il processo di emissione
spontanea smette di essere irreversibile. Il sistema totale esibisce degli autostati
misti atomo-fotone, con un trasferimento periodico dell’ energia dal
campo elettromagnetico all’ eccitazione materiale e viceversa. Queste oscillazioni
sono dette oscillazioni di Rabi di vuoto. Spettralmente questo comportamento
provoca una duplicazione simmetrica del picco di assorbimento
atomico in due picchi distanziati in energia da
E = 2~, dove è la frequenza angolare delle oscillazioni.