Electromagnetic force inside linear dielectric media : towards solving the Abraham-Minkowski controversy

Abstract

Resumo: Esta tese aborda o antigo problema da determinação do momento linear de ondas eletromagnéticas dentro de materiais dielétricos, amplamente conhecido na literatura como controvérsia de Abraham-Minkowski. As principais formulações eletromagnéticas existentes relacionadas a esse problema são analisadas em detalhes, onde é mostrado que nenhuma delas fornece uma completa descrição da transferência de momento. Apresentamos então uma nova densidade de força eletromagnética baseada na aproximação dipolar para as fontes eletromagnéticas, que é verificada estar em concordância com a maioria dos experimentos relatados até o momento. Um procedimento numérico semi-analítico é posteriormente desenvolvido para obtenção dessa densidade de força numericamente sob configurações experimentais comuns para auxiliar novas investigações. Por fim, propomos uma maneira de adequadamente incorporar essa densidade de força a uma das formulações descritas [Phys. Rev. A 96, 063834 (2017)], fornecendo uma potencial solução para a controvérsia de Abraham-Minkowski.

Abstract: This thesis addresses the long-standing problem of determining the linear momentum of electromagnetic waves inside dielectric materials, widely known in the literature as the Abraham-Minkowski controversy. The main existing electromagnetic formulations related to this problem are analyzed in detail, where it is shown that none of them provides a complete description of momentum transfer. We then present a new electromagnetic force density based on the dipolar approximation for the electromagnetic sources, which is found to be in agreement with the majority of experiments reported up to date. A semi-analytical numerical procedure is subsequently developed to obtain such force density numerically under common experimental setups to support new investigations. At last, we propose a way to properly incorporate this force density into one of the described formulations (Phys. Rev. A 96, 063834(2017)), providing a potential resolution to the Abraham-Minkowski controversy.