【摘要】：量子理論的誕生從根本上改變了我們對(duì)真空概念的理解,使我們把它視為一個(gè)充滿著真空漲落的空間。現(xiàn)代量子理論中有一個(gè)令人驚訝的預(yù)測(cè):“真空態(tài)不是空態(tài),真空充滿著虛粒子”。雖然最初這樣的預(yù)測(cè)只是引發(fā)了大家的好奇心,但物理學(xué)家們很快認(rèn)識(shí)到在微觀物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)真空漲落具有可觀測(cè)效應(yīng),例如,亞原子物理學(xué)的輻射修正,自發(fā)輻射過(guò)程,原子物理的蘭姆移位等。Casimir效應(yīng)是真空中存在電磁場(chǎng)真空漲落的最佳證據(jù),將兩平行完全導(dǎo)體板放在真空時(shí),兩板之間會(huì)產(chǎn)生吸引力,這種現(xiàn)象稱為Casimir效應(yīng)。它是1948年首次被H.B.G.Casimir預(yù)言,并且很快在1958年在實(shí)驗(yàn)上被J.M.Sparnay觀測(cè)到。此力被后人稱為Casimir力。Casimir力不僅有吸引力,還有Casimir排斥力,2009年哈佛大學(xué)的研究小組在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了Casimir排斥力的存在。他們的實(shí)驗(yàn)表明適當(dāng)?shù)倪x擇材料的光學(xué)性質(zhì),可以把Casimir吸引力轉(zhuǎn)化成Casimir排斥力。證實(shí)零點(diǎn)能存在的另一種量子效應(yīng)就是動(dòng)態(tài)Casimir效應(yīng),即邊界移動(dòng)隨時(shí)間變化的量子真空腔中產(chǎn)生真實(shí)光子的物理現(xiàn)象。1970年Moore等人首次預(yù)言了動(dòng)態(tài)Casimir效應(yīng)的存在,但由于實(shí)驗(yàn)上遇到種種困難,直到2011年Wilson和他的合作者們利用超導(dǎo)電路,才在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到了動(dòng)態(tài)Casimir效應(yīng)的存在。基于研究Casimir效應(yīng)重要性,本文開展了不同微腔中Casimir效應(yīng)的研究。研究工作主要包括以下兩個(gè)方面:第一,研究了由非穩(wěn)共振腔和原子系綜組成的系統(tǒng)中,在非旋轉(zhuǎn)波近似下的動(dòng)態(tài)Casimir效應(yīng)。首先結(jié)合原子系綜的激子模型構(gòu)造了系統(tǒng)的哈密頓。其次,根據(jù)系統(tǒng)的密度算符隨時(shí)間變化的規(guī)律,得到了腔中動(dòng)態(tài)Casimir效應(yīng)產(chǎn)生的光子數(shù)平均值和激子數(shù)平均值隨時(shí)間變化的微分方程組。通過(guò)數(shù)值解,給出光子數(shù)和激子數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律圖像,詳細(xì)討論了耦合系數(shù)、溫度和旋轉(zhuǎn)波項(xiàng)等因素對(duì)動(dòng)態(tài)Casimir效應(yīng)和激子的集體激發(fā)效應(yīng)的影響。第二,利用全量子理論,研究了壓縮真空態(tài)下高Q腔中的靜態(tài)Casimir效應(yīng)。計(jì)算了高Q腔場(chǎng)處于壓縮真空態(tài)下的Casimir力,得到了一端有輸出耦合的一維腔中,平行板之間的Casimir力的解析表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了腔的尺度、反射率以及壓縮系數(shù)等因素對(duì)兩板之間的Casimir力的影響,給出了兩板之間的Casimir力的性質(zhì)。研究結(jié)果有助于我們進(jìn)一步研究Casimir效應(yīng)相關(guān)問(wèn)題的研究。
【圖文】：

imir 效應(yīng)imir 效應(yīng)的理論研究荷蘭物理學(xué)家 Casimir 首次預(yù)言了真空中的兩塊電中性之間存在一種吸引力，后人把這種真空力叫做 Casimir生相互作用的現(xiàn)象稱為靜態(tài) Casimir 效應(yīng)。當(dāng)時(shí) Casim存在邊界兩種情況下的零點(diǎn)能的差值，首次得到了 C( ) = 240 間距， 為平板的面積，如圖 1.2.1.1 所示。

如圖1.2.1.2 所示。Casimir 力被發(fā)現(xiàn)之后，很多人應(yīng)用不同的解釋和途徑[5,6]對(duì)它進(jìn)行計(jì)算,得到了與（1.2.1.1）式相同的結(jié)果。1956 年俄國(guó)物理學(xué)家 E.M.Lifshitz 對(duì) Casimir 效應(yīng)的概念做了進(jìn)一步的推廣，他預(yù)言了介質(zhì)中的 Casimir 力的概念，并且研究了介質(zhì) Casimir 力在有限溫度下的情況。后來(lái)，人們把這種力叫做 Casimir-Lifshitz 力[7]. Lifshitz 考慮了兩個(gè)金屬板換成其它介質(zhì)板代替，并在兩板之間充滿介質(zhì)的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)板間有相互作用力，即介質(zhì) Casimir力,這個(gè)力不僅與介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，還與場(chǎng)的邊界條件有關(guān)。并且，他利用漲落-耗散理論[7-9]（Flactuation-Dissipation Theorem），研究了溫度對(duì)介質(zhì) Casimir 力的影響
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O413

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本文編號(hào)：2519156