耗散系统下的动态Casimir效应

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自量子场论提出以来,人们对物质世界的构成和规律有了更深的认识。电磁场能够在所有空间中传播,其本身具有涨落的特性,即使是在绝对零度的真空中,电磁场涨落的特性依旧存在,这就说明真空并非一无所有,其中存在着零点能。1948年,荷兰物理学家Hendrik Casimir预言:将真空中两块平行放置的中性金属板靠近时,两金属板之间会存在一种吸引力。这种现象后来被人们称为Casimir效应。在此基础上,当把靠近的两金属板模拟成一个腔,根据电磁场量子波动效应,非稳态腔中快速改变的边界条件会导致真空电磁场的波动,从而产生光子,这种现象则被称为动态Casimir效应(DCE)。2011年Willson等人通过实验成功观测到了这种动态Casimir效应。如今这种由于微观的量子效应而产生的宏观作用,越来越引起人们的关注。特别是随着材料科学的进步,现在越来越多的微电子、纳米装置在实际应用上必须要考虑到Casimir效应的影响。对于动态Casimir效应产生的光子,1995年V.V.Dodonov提出,通过将腔与探测器耦合,我们可以记录腔中产生的光子数。随着对动态Casimir效应的研究,人们认识到观测动态Casimir效应时,实际中腔壁的材料很难做到全反射,衍射、透射等问题会对整个系统造成能量损耗。因此,耗散系统中的动态Casimir效应是一个值得研究的问题。本文研究了耗散非稳真空腔中的动态Casimir效应。主要工作如下:首先构建了一个以二能级原子为探测器和耗散一维振动腔系统组成的系统,给出了系统哈密顿量。利用矩阵变换、李代数法和泰勒级数展开分别在共振、非共振两种情况下求得耗散非稳腔中产生光子数的解析表达式。最后通过图像、数值分析,讨论了耗散、共振条件、原子-腔场间的耦合作用对动态Casimir效应的影响。研究结果显示:耗散以及原子-腔场间耦合作用会减少系统能量,对光子数的产生有抑制作用;共振条件下场被加强,会产生更多的光子。
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