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闵氏时空中与标量场导数相耦合的加速原子的辐射性质

作　者: 朱云峰
导　师: 余洪伟
学　校: 湖南师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 真空涨落辐射反作用原子的自发激发与能级移动 Unruh效应
分类号: O413.1
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

真空涨落，辐射反作用，或者二者的联合被提出来解释自发发射的原因，在Heisenberg图象方法中，物理解释的不确定性源于原子和场不同对易算符次序的选择。Dalibard，Dupont-Roc，Cohen Tannoudji(DDC)解决了这个问题，他们认为存在一个对称算符次序，可以使真空涨落和辐射反作用对原子变量变化率的贡献分别厄米，且每一种贡献都拥有独立的物理意义，并把这种程序推广到子系统和热库的相互作用中去，热库的真空涨落极化子系统(热库的涨落效应)，子系统极化热库(自反作用效应)，这就是著名的DDC方法。Jǖrgen Audretsch和Rainer Mǖller利用DDC方法研究了无边界闵氏时空中原子与无质量量子标量场的相互作用，讨论了量子真空中任意稳态运动原子能量的变化率，并计算了原子向平衡态的演化。他们的主要意图是定量区分和分析真空涨落和辐射反作用各自对匀加速基态原子自发激发的贡献，这有助于理解构成Unruh效应的物理基础。陆世专和余洪伟运用Jǖrgen Audretsch和Rainer Mǖller的方法研究了边界存在时两能级加速原子与无质量量子标量场的相互作用，边界的出现修正了标量场的量子涨落，也改变了原子的辐射性质。通过计算惯性和匀加速运动原子的平均能量变化率，发现边界诱导的修正使激发态惯性原子的自发辐射率在边界附近振荡，这种振荡方式提供了一种用实验检验几何边界效应的可能性。边界的出现和原子加速导致真空涨落的改变，即使在真空，基态加速原子跃迁到激发态也有可能，这可以被认为是构成Unruh效应的真实物理过程。Jǖgen Audretsch和Rainer Mǖller考虑了在Minkowski空间加速度对原子辐射能级移动的影响。他们研究了两能级原子和量子标量场的耦合，使用了Heisenberg图象方法，分别求出了真空涨落和辐射反作用对两能级原子Lamb移动的贡献，并对匀加速原子的能级移动和静止时的情况进行比较。本文用Jǖrgen Audretsch和Rainer Mǖller的方法来研究与无质量量子标量场导数耦合的多能级加速原子的自发激发，并分别计算真空涨落和辐射反作用对平均原子能量变化率的贡献。我们发现，与原子和场之间的单极子类型的相互作用相比较，除了Unruh温度热库下的修正外，这里出现了与加速度的平方成正比的额外修正，加速度诱导的修正项显示出各向异性，对于各向同性的极化加速原子而言，纵向极化的贡献四倍于横向极化的贡献。边界的出现修正了量子场，也修正了与这些场相互作用的加速原子的自发激发率。在偶极子-导数耦合中我们研究了边界对匀加速多能级原子自发激发的影响，分别计算了修正的真空涨落和辐射反作用对原子自发激发率的贡献，结果显示边界修正了激发率，使得它成为原子与边界距离的函数。当原子越来越靠近边界时，边界效应越来越明显，平行于边界的原子极化对自发激发率的贡献被压制而垂直方向的贡献被增强。我们还研究了加速多能级原子的能级移动，分别计算了真空涨落和辐射反作用对能级移动的贡献。与单极子类型的相互作用相比，加速度改变了真空涨落和辐射反作用的贡献。我们的结果显示即使是考虑同样的量子标量场，平均原子能量变化率和能级移动的加速效应不仅依赖于与原子耦合的量子场，还依赖于相互作用的种类。本文组织如下：第一章介绍DDC方法，第二章介绍已有的利用DDC方法研究与标量场相耦合的两能级原子的自发激发和能级移动，第三、四、五章介绍我们自己的工作——运用DDC方法讨论与标量场导数相耦合的多能级加速原子的自发激发和能级移动。在第六章是对我们自己工作的回顾与对未来研究的展望。

全文目录

中文摘要  3-6
英文摘要  6-13
第一章绪论  13-35
  1.1 鉴别真空涨落和辐射反作用各自的贡献  14-35
    1.1.1 Abraham-Lorentz方程的量子形式  16-24
    1.1.2 鉴别真空涨落和自反作用对任意原子变量变化率的贡献  24-29
    1.1.3 推广到子系统S和热库R的相互作用  29-33
    1.1.4 结论  33-35
第二章与标量场耦合的两能级加速原子的自发激发和能级移动  35-61
  2.1 无边界的两能级加速原子的自发激发:真空涨落和辐射反作用  35-47
    2.1.1 两能级原子和量子标量场的相互作用  35-37
    2.1.2 真空涨落和辐射反作用  37-38
    2.1.3 真空中任意稳态运动原子能量的变化率  38-41
    2.1.4 匀速原子的自发发射  41-43
    2.1.5 匀加速原子的自发激发  43-46
    2.1.6 结论  46-47
  2.2 有边界两能级加速原子的自发激发  47-54
    2.2.1 真空涨落和辐射反作用的一般方法  47-48
    2.2.2 匀速原子的自发激发  48-50
    2.2.3 匀加速原子的自发激发  50-53
    2.2.4 结论  53-54
  2.3 加速两能级系统的辐射能级移动  54-61
    2.3.1 辐射能级移动:真空涨落和辐射反作用的贡献  55-56
    2.3.2 静止原子的辐射能级移动  56-58
    2.3.3 匀加速原子的辐射能级移动  58-60
    2.3.4 结论  60-61
第三章与标量场导数耦合的多能级加速原子的自发激发  61-73
  3.1 多能级原子和标量场导数的相互作用  62-63
  3.2 真空涨落和辐射反作用对原子能量变化率的贡献  63-65
  3.3 匀速原子的自发发射  65-67
  3.4 匀加速原子的自发激发  67-71
  3.5 结论  71-73
第四章有边界存在时与标量场导数耦合的多能级加速原子自发激发  73-85
  4.1 真空涨落和辐射反作用的一般方法  73-74
  4.2 匀速原子的自发发射  74-76
  4.3 匀加速原子的自发激发  76-83
  4.4 结论  83-85
第五章和标量场导数耦合的加速多能级原子的辐射能级移动  85-91
第六章总结与展望  91-95
参考文献  95-100
攻读博士学位期间完成的论文  100-101
致谢  101-102

闵氏时空中与标量场导数相耦合的加速原子的辐射性质

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