不同微腔中的Casimir效应的研究

发布时间：2019-07-25 14:55

【摘要】：量子理论的诞生从根本上改变了我们对真空概念的理解,使我们把它视为一个充满着真空涨落的空间。现代量子理论中有一个令人惊讶的预测:“真空态不是空态,真空充满着虚粒子”。虽然最初这样的预测只是引发了大家的好奇心,但物理学家们很快认识到在微观物理学领域内真空涨落具有可观测效应,例如,亚原子物理学的辐射修正,自发辐射过程,原子物理的兰姆移位等。Casimir效应是真空中存在电磁场真空涨落的最佳证据,将两平行完全导体板放在真空时,两板之间会产生吸引力,这种现象称为Casimir效应。它是1948年首次被H.B.G.Casimir预言,并且很快在1958年在实验上被J.M.Sparnay观测到。此力被后人称为Casimir力。Casimir力不仅有吸引力,还有Casimir排斥力,2009年哈佛大学的研究小组在实验中证实了Casimir排斥力的存在。他们的实验表明适当的选择材料的光学性质,可以把Casimir吸引力转化成Casimir排斥力。证实零点能存在的另一种量子效应就是动态Casimir效应,即边界移动随时间变化的量子真空腔中产生真实光子的物理现象。1970年Moore等人首次预言了动态Casimir效应的存在,但由于实验上遇到种种困难,直到2011年Wilson和他的合作者们利用超导电路,才在实验上观测到了动态Casimir效应的存在。基于研究Casimir效应重要性,本文开展了不同微腔中Casimir效应的研究。研究工作主要包括以下两个方面:第一,研究了由非稳共振腔和原子系综组成的系统中,在非旋转波近似下的动态Casimir效应。首先结合原子系综的激子模型构造了系统的哈密顿。其次,根据系统的密度算符随时间变化的规律,得到了腔中动态Casimir效应产生的光子数平均值和激子数平均值随时间变化的微分方程组。通过数值解,给出光子数和激子数随时间变化的规律图像,详细讨论了耦合系数、温度和旋转波项等因素对动态Casimir效应和激子的集体激发效应的影响。第二,利用全量子理论,研究了压缩真空态下高Q腔中的静态Casimir效应。计算了高Q腔场处于压缩真空态下的Casimir力,得到了一端有输出耦合的一维腔中,平行板之间的Casimir力的解析表达式。在此基础上进一步分析了腔的尺度、反射率以及压缩系数等因素对两板之间的Casimir力的影响,给出了两板之间的Casimir力的性质。研究结果有助于我们进一步研究Casimir效应相关问题的研究。
【图文】：

imir 效应imir 效应的理论研究荷兰物理学家 Casimir 首次预言了真空中的两块电中性之间存在一种吸引力，后人把这种真空力叫做 Casimir生相互作用的现象称为静态 Casimir 效应。当时 Casim存在边界两种情况下的零点能的差值，首次得到了 C( ) = 240 间距， 为平板的面积，如图 1.2.1.1 所示。

如图1.2.1.2 所示。Casimir 力被发现之后，很多人应用不同的解释和途径[5,6]对它进行计算,得到了与（1.2.1.1）式相同的结果。1956 年俄国物理学家 E.M.Lifshitz 对 Casimir 效应的概念做了进一步的推广，他预言了介质中的 Casimir 力的概念，并且研究了介质 Casimir 力在有限温度下的情况。后来，人们把这种力叫做 Casimir-Lifshitz 力[7]. Lifshitz 考虑了两个金属板换成其它介质板代替，并在两板之间充满介质的情况，结果发现板间有相互作用力，即介质 Casimir力,这个力不仅与介质的介电常数有关，还与场的边界条件有关。并且，他利用涨落-耗散理论[7-9]（Flactuation-Dissipation Theorem），研究了温度对介质 Casimir 力的影响
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O413

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本文编号：2519156