【摘 要】
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一般情况下,尽管量子真空态的能量无穷大,不能直接测量,但在一定条件下可以观测到宏观量子效应。Casimir效应就是由于量子电磁场真空零点能涨落,所导致可观测量子效应的最佳证据之一。H.B.G.Casimir首先预言了将两平行理想金属板放在真空时,两板间会产生相互吸引力,这种现象被称为Casimir效应。此效应提出不久后,就被J.M.Sparnay在实验上观测到。之后随着科技的不断发展,在实验上测量
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一般情况下,尽管量子真空态的能量无穷大,不能直接测量,但在一定条件下可以观测到宏观量子效应。Casimir效应就是由于量子电磁场真空零点能涨落,所导致可观测量子效应的最佳证据之一。H.B.G.Casimir首先预言了将两平行理想金属板放在真空时,两板间会产生相互吸引力,这种现象被称为Casimir效应。此效应提出不久后,就被J.M.Sparnay在实验上观测到。之后随着科技的不断发展,在实验上测量Casimir力的精度也不断地提高。不仅在实验上精确地测得Casimir吸引力,而且在2009年科学家们又观测到Casimir排斥力。另外,2011年Wilson等人在实验上又发现了当边界快速移动时,真实光子就会从量子真空腔中产生,这一现象被称为动态Casimir效应。早在1970年Moore等人就预言了这一效应的存在。至今,Casimir效应在数学物理、原子分子物理、凝聚态物理、生物学、天文学和宇宙学等很多领域中有着重要的应用,尤其在纳米技术方面有着极其重要的应用前景。由于Casimir效应的研究具有重要的理论意义和实验意义,本文开展了一维微腔中Casimir效应的研究。首先,应用Fox-Li准模理论,研究了一维微波激射腔中的静态Casimir效应。采用全量子理论计算了Casimir能量,得到了一维微波激射腔中,腔壁之间的Casimir力的解析表达式,给出了腔壁之间的Casimir力的性质。在此基础上,进一步讨论了腔壁的线度与衰减率对腔壁线度对Casimir力的影响,并与理想腔的情况进行了比较。其次,研究了原子系综的非稳共振腔中的动态Casimir效应和原子的集体激发效应。结合原子系综的激子模型得到系统的哈密顿量。然后从系统的密度算符满足的方程出发,导出腔场初态处于压缩真空态情况下的动态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解析表达式。通过讨论分析,本文不仅给出了光子数平均值,还给出了激子数平均值随时间变化规律图像,分析了温度、耦合系数等因素对动态Casimir效应和原子的集体激发效应的影响。本文研究结果为我们以后研究更为复杂腔的Casimir效应奠定了基础。
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