闭弦变形和Casimir能量

Casimir能量是由于边界的出现、时空的弯曲以及某些背景场的存在而引起的量子场真空能量极化.讨论闭弦变形过程中的Casimir能量,并在不同情况下对多圈弦和链接环的Casimir能量进行了计算.     

有质量phantom场的Casimir效应

近年来,phantom场受到许多宇宙学学者的关注.研究了狄利克雷边界条件下有质量phantom场的Casimir效应,利用Abel-Plana公式,得出了狄利克雷边界条件下有质量phantom场的Casimir能量和Casimir力,表明phantom场的Ca-simir能量和Casimir力是分段均匀的,当质量趋近于零时,其结果回到无质量phantom场的情形.     

压缩真空中理想-玻色爱因斯坦凝聚体杂质间的相互作用

应用Riemann Zeta函数研究一维压缩真空中理想玻色\|爱因斯坦凝聚体杂质间的Casimir效应, 计算了真空压缩态下系统的Casimir能量和杂质间的Casimir力, 并讨论了Casimir力和压缩系数与杂质间距离的关系.      

填充比例因子对各向异性介质间Casimir力的影响

Casimir效应是一个可观测的宏观量子效应.研究了各向异性材料的填充比例因子f2对Casimir力大小和方向的影响.在f2=0.000 1时,由材料的介电常数和磁导率随着频率的变化曲线,得到Drude背景会对Ca-simir排斥力产生影响.在f2=0,0.000 1和0.001时,得到Casimir力的变化曲线,结果显示f2是抑制Casimir排斥力的.并且当f2很小时,Casimir力在较远距离处会重新回到吸引力,同时存在一个稳定的Casimir力平衡位置.     

弦圈系统的Casimir能量

Casimir能量是量子场的一类零点能，是由于边界的出现、时空的弯曲以及某些背景场的存在而引起的．在此，计算了各种不同闭弦体系的Casimir能量，比较了不同弦圈体系的Casimir能量，并讨论了一些有关的问题。     

携带量子信息的Hawking辐射

首先利用Bogoliubov变换导出了Kruskal真空态与Schwarzschild真空态之间的联系,并把双模压缩幺正算符作用在Schwarzschild真空态上,得到了Kruskal真空态为Schwarzschild时空中的双模压缩真空态,并且可表示成纠缠态的形式,对应粒子的纠缠分别在视界的内部和外部区域.利用纠缠态进一步研究了Schwarzschild黑洞的Hawking辐射,得到了辐射率与Bekenstein-Hawking熵变有关,说明在黑洞辐射过程中携带量子信息是有可能的.     

电磁场与物质耦合系统真空态和Casimir效应物理解释

采用一种简洁的方法讨论电磁场与物质耦合系统的能量本征态，在新的理论基础上给出关于Casimir效应物理根源的新的定性解释，采用类压缩态的假设找到了该耦合系统新的真空态，其能量比以往工作中量子力学二阶微扰方法给出的能量更低，该方法不仅适用于不同子体系间有弱相互作用的系数，给出系统能量更低的真空态，而且还能处理子体系间有较强相互作用的系统并给出其基态及能量的精确解析解，得出了对Casimir效应的物理解释，Casimir效应不是单纯来源于电磁场或物质的零点能的量子涨落，而是来源于电磁场与物质耦合系统真空态量子涨落，电磁场和物质对系统的真空态能量以及Casimir效应都有贡献。     

Maxwell-Chern-Simons规范场的Casimir熵

利用泛函积分量子化方法研究了2个平行的、理想的金属线之间在有限温度下Maxwell-Chern-Simons规范场的Casimir熵.分别讨论了低温和高温2种极限情况下的Casimir熵.给出了Maxwell-Chern-Simons规范场的质量为零时的高温和低温的Casimir熵的表达式.结果显示,在绝对零度下,Maxwell-Chern-Simons规范场的Casimir熵等于零,满足热力学第三定律.     

D+1维时空中平行板内有限温度Casimir效应

利用采他函数正则化方法计算D+1维时空中平行板内电磁场的有限温度Casimir效应,得到自由能、熵和Casimir压力的解析表达式,并讨论高温和低温情形的极限结果.在D=3情况下,通过数学变换,可回到文献中利用格林函数正则化得到的结果.     

分数阶Laplace方程组的山路解

对一类非线性分数阶Laplace方程组Dirichlet问题非平凡解以及正解的存在性分别进行了研究.针对非线性分数阶Laplace方程组在满足Dirichlet边值条件下所具有的特征,通过定义能量空间,然后在该空间中利用Sobolev嵌入定理、控制收敛定理、Brezis-Leb引理,证明分数阶方程组的能量泛函满足Palais-Smale紧性条件,最后利用分数阶Sobolev空间中的山路引理,得出方程组存在非平凡临界点,也即得出这类非线性分数阶Laplace方程组Dirichlet问题存在非平凡解的结论.此外,还利用Nehari流形、极小能量法,通过比较能量法得出一类耦合的非线性分数阶Laplace方程组Dirichlet问题存在正解需要满足的条件,进而得出这类分数阶Laplace方程组存在正解的结论.     

虚光子初探

不可直接观测的光子被称为虚光子。在量子电动力学(QED)中,真空态是以能量21ω和动量21→k为标志的,并指出真空能会在一个吸引力(Casimir力)作用下使两个互相平行的导体板有靠近的趋势。在一般情况下,要了解虚光子必须先全面了解光子,但后者仍有许多问题有待解决,光的波粒二象性理论也有待研究和完善。零点能(ZPE)概念是经典物理与量子物理的重要区别之一,并不能否定;但在近年来的研究中,物理学家用光子作为振荡源的随机分布,或用标量场及场的Green函数径迹,可顺利完成对Casimir力的推导。虽然多年来人们援引Ca-simir效应作为量子场的ZPE是实际存在的迹象,但令人惊奇的是不用零点起伏(甚至不用真空)也能导出Casimir的结果,亦即ZPE不在计算中出现。换言之,对Casimir效应描述而言ZPE是启发性的辅助计算手段,但并非必要条件。这就留下了深层的疑问——ZPE为何缺乏真实存在的实验证据?消失态在电磁环境中是常见的,基本特点是场强随距离增大而指数地减小,并在传播方向上无相移。可以认为消失态具有虚的波矢量。已有若干研究工作显示,由QED表述的虚光子特性在一些消失模实验中被观察到。因而从物理意义上提出了...     

负能量研究：内容、方法和意义

本文首先指出物理参数的正和负是自然界对称性机制之一,其次回顾了自由电子理论中的负能态;然后讨论了自然界存在负质量和负能量的可能性。1928年P．Dirac最先提出了负能概念,它已广泛应用于物理学的各个领域。本文仅讨论近年来的实验和理论进展。在现代物理学中通常认为真空应依照实际存在量子场的零点能而理解,例如把Casimir能（Ec）看作量子化的电磁场的真空能在提供边界时所造成的——当把双平行板介入到真空中,板间内能减小,能量的变化使Ec〈0,即得到负能量。负能量是量子物理学的重要概念之一,其时真空被看成折射率小于1（n〈1）的媒质。在Hawking理论中,实、虚粒子都可携带负能,不过这观点尚有待实验证明。另一方面,在人类实验室中制造负能量也是可能的,办法如利用Casimir效应,利用负群速,或利用超材料。最后,本文指出众多超光速效应与负能量相关,这对超光速研究提供了更深刻的理解。     

Casimir能谱与响应函数

本文就几种重要的具有非平凡拓扑的体系讨论了它们的能谱和粒子检测器的响应函数,特别地对 Ford 等人导出的 Casimir 体系中的能谱给出了一种物理解释。     

Direct measurement of critical Casimir forces

When fluctuating fields are confined between two surfaces, long-range forces arise. A famous example is the quantum-electrodynamical Casimir force that results from zero-point vacuum fluctuations confined between two conducting metal plates. A thermodynamic analogue is the critical Casimir force: it acts between surfaces immersed in a binary liquid mixture close to its critical point and arises from the confinement of concentration fluctuations within the thin film of fluid separating the surfaces. So far, all experimental evidence for the existence of this effect has been indirect. Here we report the direct measurement of critical Casimir force between a single colloidal sphere and a flat silica surface immersed in a mixture of water and 2,6-lutidine near its critical point. We use total internal reflection microscopy to determine in situ the forces between the sphere and the surface, with femtonewton resolution. Depending on whether the adsorption preferences of the sphere and the surface for water and 2,6-lutidine are identical or opposite, we measure attractive and repulsive forces, respectively, that agree quantitatively with theoretical predictions and exhibit exquisite dependence on the temperature of the system. We expect that these features of critical Casimir forces may result in novel uses of colloids as model systems.     

D+1维闵可夫斯基时空中p维超立方体腔内卡西米尔自由能的正则化(英文)

重新考虑了D+1维闵可夫斯基时空中p维超立方体腔里的标量场的热卡西米尔效应.经过标准的量子场论方法处理后,热卡西米尔自由能可以分为零温部分和有限的与温度有关的部分.在此前的一些文献中,由于含温度的部分自身是有限的,这部分的正则化被忽视了,而无穷远处卡西米尔能量的收敛性以及卡西米尔力的消失又要求对这部分进行正则化.利用Zeta函数方法和Abel-Plana公式,严格推导了自由能零温部分和含温部分的正则化.在D=3,p=1和D=p=3的情况下准确地恢复了文献中平行板和三维盒子的结果.并且给出了卡西米尔自由能高温(大间隔)和低温(小间隔)展开的精确表达式,并由此验证了在零温和含温两部分自由能都正则化后,对于不同的边界条件,在无穷远处卡西米尔力总是趋于零.     

Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit

One of the most surprising predictions of modern quantum theory is that the vacuum of space is not empty. In fact, quantum theory predicts that it teems with virtual particles flitting in and out of existence. Although initially a curiosity, it was quickly realized that these vacuum fluctuations had measurable consequences--for instance, producing the Lamb shift of atomic spectra and modifying the magnetic moment of the electron. This type of renormalization due to vacuum fluctuations is now central to our understanding of nature. However, these effects provide indirect evidence for the existence of vacuum fluctuations. From early on, it was discussed whether it might be possible to more directly observe the virtual particles that compose the quantum vacuum. Forty years ago, it was suggested that a mirror undergoing relativistic motion could convert virtual photons into directly observable real photons. The phenomenon, later termed the dynamical Casimir effect, has not been demonstrated previously. Here we observe the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit consisting of a coplanar transmission line with a tunable electrical length. The rate of change of the electrical length can be made very fast (a substantial fraction of the speed of light) by modulating the inductance of a superconducting quantum interference device at high frequencies (>10 gigahertz). In addition to observing the creation of real photons, we detect two-mode squeezing in the emitted radiation, which is a signature of the quantum character of the generation process.