【摘要】：本論文對當(dāng)前理論物理方面的一些熱點(diǎn)問題進(jìn)行了研究,包括核物理中的核物質(zhì)對稱能問題和量子物理中與Jaynes-Cummings模型相關(guān)的一些問題。論文分兩個部分,第一部分中我們研究了短程關(guān)聯(lián)對高于飽和密度的核物質(zhì)對稱能密度依賴行為的影響,第二部分中我們研究了包含強(qiáng)度依賴能級移動的Jaynes-Cummings模型中Husimi Q函數(shù)分裂融合的機(jī)制及這一模型中一種特殊的指針態(tài)含時演化。核物質(zhì)的對稱能對核物理與核天體物理中的許多問題都很重要。它影響著具有極端質(zhì)子中子比率的奇特核素存在的可能性、質(zhì)子滴線與中子滴線的位置、重離子碰撞的反應(yīng)機(jī)制、恒星內(nèi)元素合成、中子星的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)等。由于其重要性,不管從實(shí)驗方面還是從理論方面,都有大量的工作致力于研究對稱能的密度依賴行為,但對于對稱能隨密度的變化,尤其是在高于核物質(zhì)飽和密度處時,仍然存在很大不確定性。在當(dāng)前的工作中,利用最新的實(shí)驗得到的有關(guān)核子動量分布的實(shí)驗結(jié)果,我們對高于核物質(zhì)飽和密度處的對稱能密度依賴行為進(jìn)行研究。腔量子電動力學(xué)也是一個當(dāng)前量子物理研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。它不僅能夠為量子通信提供技術(shù)支持,也是實(shí)現(xiàn)量子計算的潛在方式之一,并且也是研究許多量子力學(xué)根本問題,比如非局域性和量子-經(jīng)典邊界的理想體系。Jaynes-Cummings (JC)模型是腔量子電動力學(xué)領(lǐng)域最為重要的理論模型。它能夠描述一個二能級系統(tǒng)和一個與其共振或近共振的單模腔場之間的相互作用。盡管形式簡單,但人們發(fā)現(xiàn)在這一模型中存在一個十分特殊的現(xiàn)象,即當(dāng)腔場初態(tài)為一高強(qiáng)度相干態(tài)情況下,二能級系統(tǒng)會出現(xiàn)拉比(Rabi)振蕩的塌縮與重現(xiàn)。這一現(xiàn)象的數(shù)值計算結(jié)果是正確無疑的,但是這一現(xiàn)象的物理詮釋,即它為什么會發(fā)生,仍然是一個沒有解決的問題。在當(dāng)前工作中通過研究具有強(qiáng)度依賴能級移動的JC模型,我們對這一現(xiàn)象給出一個新的簡單清晰且可靠的詮釋。JC模型也是一個研究許多量子物理現(xiàn)象的理想模型。指針態(tài)是與量子力學(xué)測量問題相關(guān)的退相干理論中的重要概念。在量子力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)測量公設(shè)中,在對某一力學(xué)量進(jìn)行測量后,系統(tǒng)的波函數(shù)將塌縮到被測力學(xué)量的某一個本征態(tài)上,并且這是一個純態(tài)。指針態(tài)可以被定義為那些,盡管與環(huán)境有著非零的相互作用,卻能夠與環(huán)境保持無糾纏的態(tài)。在當(dāng)前工作中,我們展示,在具有強(qiáng)度依賴能級移動的JC模型中,存在一種有趣的嚴(yán)格指針態(tài)解。這一種指針態(tài)是時間相關(guān)的,這一點(diǎn)使得它不同于所有在與JC模型相關(guān)的模型中已知的指針態(tài)解。本篇論文的結(jié)構(gòu)如下。在第二章中我們研究短程關(guān)聯(lián)對高于飽和密度時核物質(zhì)對稱能密度依賴行為的影響。對稱能在核物質(zhì)飽和密度時的大小比較清楚,大約在30MeV左右。但在高于核物質(zhì)飽和密度處對稱能的密度依賴行為仍然很不清楚,甚至即使其大致趨勢也仍然沒有定論。在當(dāng)前的工作中,借助于從最近的實(shí)驗中得到的有關(guān)核子動量分布的實(shí)驗結(jié)果,我們地對高于飽和密度處的對稱能密度依賴行為進(jìn)行研究。最近,美國托馬斯杰弗遜實(shí)驗室(Jefferson Lab)高能電子和原子核散射的實(shí)驗指出,在12C的短程關(guān)聯(lián)核子對中,90%是質(zhì)子-中子對,而僅有剩余的10%是質(zhì)子-質(zhì)子或中子-中子對。這些短程關(guān)聯(lián)會導(dǎo)致單核子動量分布出現(xiàn)一個高動量尾巴。我們搜集并分析了一些微觀理論方法(?)Brueckner-Bethe-Goldstone方法、集團(tuán)展開方法、變分蒙特卡洛方法等給出的有限核單核子動量分布的理論結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在核子動量分布的高動量成分和平均核子密度之間存在一個有趣的關(guān)系。我們假設(shè)這一關(guān)系在無限大的核物質(zhì)中仍然成立,提出了一個對稱核物質(zhì)核子動量分布的公式,這個公式可以被很自然地外推到飽和密度之外的區(qū)域。我們也對微觀理論模型計算的飽和密度處對稱核物質(zhì)的核子動量分布進(jìn)行了分析。分析表明,這些核子動量分布之間存在幾個共有的基本特征,我們提出的簡單公式成功地包含了所有這些特征。最后,在中能重離子碰撞的計算中應(yīng)用較多的MDI能量密度泛函的理論框架下,我們利用包含關(guān)聯(lián)效應(yīng)的核子動量分布n(k)對對稱能的密度依賴行為進(jìn)行了計算。我們的研究表明,只有考慮短程關(guān)聯(lián)的影響,才能得到與實(shí)際相符的動能與勢能對對稱能的相對貢獻(xiàn),這也有助于更加精確地從中能重離子碰撞的實(shí)驗數(shù)據(jù)中提取核物質(zhì)狀態(tài)方程。此外,我們的研究再次證實(shí)了高于飽和密度處對稱能的密度依賴行為主要是由短程關(guān)聯(lián)效應(yīng)和三體力效應(yīng)的互相競爭所決定的。在第三章中我們討論拉比振蕩塌縮與重現(xiàn)的機(jī)制如何在具有強(qiáng)度相關(guān)能級移動的JC模型中得到清楚的展示,并討論在這一模型中存在的時間相關(guān)嚴(yán)格指針態(tài)解。人們已經(jīng)知道拉比振蕩的塌縮與重現(xiàn)是與Husimi Q函數(shù)的分裂與融合聯(lián)系在一起的。在量子光學(xué)中,Husimi Q函數(shù)是一種常用的用于表征光場狀態(tài)的準(zhǔn)概率分布。對于一個強(qiáng)度較大的經(jīng)典相干態(tài)場,Husimi Q函數(shù)實(shí)際上就是光場的復(fù)數(shù)振幅。一個有趣的問題是,Q函數(shù)分裂與融合及其與拉比振蕩塌縮與重現(xiàn)的關(guān)系背后的機(jī)制,能否在某些擴(kuò)展的JC模型中得到更清晰的展示。在當(dāng)前的工作中,我們的研究對象是一個具有強(qiáng)度依賴能級移動相互作用的JC模型,且這一相互作用的強(qiáng)度被調(diào)整到能夠產(chǎn)生周期性的拉比振蕩塌縮與重現(xiàn)。在這一模型下,我們研究拉比振蕩的塌縮與重現(xiàn)、Q函數(shù)的分裂與融合,以及系統(tǒng)能級結(jié)構(gòu)三者之間的關(guān)系。我們的研究清楚地回答了與拉比振蕩塌縮與重現(xiàn)相關(guān)的五個問題：1,為什么Q函數(shù)會分裂為兩個組分?2,在分裂期,這兩個組分分別由什么組成?3,這兩個組分在Husimi平面上具有不同的繞轉(zhuǎn)速度的起因是什么?4,為什么Q函數(shù)的分裂與融合在時間上分別恰巧與拉比振蕩的塌縮與重現(xiàn)相對應(yīng)?5,在拉比振蕩的塌縮期,為什么拉比振蕩的幅度如此之小,以至于即使十分細(xì)心地觀察,也看不到任何振蕩?我們發(fā)現(xiàn),一方面拉比振蕩的塌縮與重現(xiàn)是與Q函數(shù)的分裂與融合聯(lián)系在一起。另一方面,Q函數(shù)的兩個組分實(shí)際上分別對應(yīng)于系統(tǒng)能級結(jié)構(gòu)中的兩組本征態(tài),而這些能態(tài)內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了Q函數(shù)周期性的分裂與融合。上述討論的機(jī)制實(shí)際上是JC模型中一些相關(guān)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。此外,我們也討論了在一個銣原子和腔組成的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)上述所討論現(xiàn)象的可能性。另外,我們還發(fā)現(xiàn),在具有強(qiáng)度依賴能級移動,且能夠產(chǎn)生周期性拉比振蕩塌縮與重現(xiàn)的JC模型中,存在一種奇特的時間演化。在這種演化中,盡管兩子系統(tǒng)之間存在非零的相互作用,二能級系統(tǒng)與單模光場的糾纏度卻在演化的全部時間內(nèi)保持嚴(yán)格為零。能夠構(gòu)造出無糾纏時間演化,主要是由于系統(tǒng)的能級結(jié)構(gòu)中存在大量互相簡并的能態(tài)。這種時間相關(guān)嚴(yán)格指針態(tài)解在JC模型及其眾多的擴(kuò)展模型中還沒有被研究過。最后,在第四章中,我們作出簡單的總結(jié)并對未來可能的工作作出展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O571
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本文編號：
2390635
