不同边界下玻色爱因斯坦凝聚体杂质间的类Casimir力

在引入参数下研究了5种不同边界条件下一维理想玻色爱因斯坦凝聚体中杂质间的类Casimir力,给出了这些边界下类Casimir力的通式.发现类Casimir力随杂质间距离增大而衰减,力的性质因边界不同表现为吸引或排斥.这说明当改变杂质满足的边界条件时可以改变类Casimir力的性质.同时,类Casimir力随玻色子质量的变化趋势也与边界条件有关.     

真空涨落与Casimir力

荷兰物理学家H.Casimir于1948年预期有这样一种力：按照量子力学中的零点能（ZPE）理论,当有两块不带电荷的互相平行的金属板,场的每个模式对每块板都产生一定的压强,这种已由实验证明其存在的力使两板靠近。在62年后的今天,Casimir力仍使人惊讶。由于Casimir效应的普遍性,物理学中多处用到这一概念。本文描述的理论与实验使对现象的认识得到深化。Casimir效应使真空能（或者说真空电磁场）的存在成为可观察的效应。在这里＂真空＂一词是指物理真空,而非工程技术的真空。但为了以更高精度测量金属表面之间的Casimir力,我们建议实验环境应按工程真空的要求安排,例如采用超高真空（UHV）。     

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。     

理想的玻色爱因斯坦凝聚体杂质间的相互作用

运用热场动力学理论研究了一维情况下有限温度的玻色爱因斯坦凝聚体杂质问的相互作用,计算了系统的能量和杂质间的相互作用力,给出相互作用力与温度和杂质间距离的关系.研究结果有助于进一步了解玻色爱因斯坦凝聚体中杂质所带来的物理效应,并为Casimir效应和玻色一爱因斯坦凝聚的实验研究提供参考.     

单轴晶体平板与各向同性介质平板间的Casimir力

在量子表面模式方法的基础上,计算单轴晶体平板与各向同性介质平板间的Casimir力.在延迟条件下,给出了两平板间Casimir力的解析表达式.此Casimir力的主要部分与两相同半无限大各向同性介质平板间Casimir力相同,附加项与单轴晶体光轴与x轴夹角的三角函数相关.     

满足螺旋边界条件的额外维存在时的标量场Casimir效应

研究了满足螺旋边界条件的额外维存在时的平行板标量场Casimir效应．利用Zeta函数正则化方法,得到T用第二类变形Bessel函数表示的Casimir力．发现Casimir力总是吸引力,但是对于相同尺度的螺旋结构参数和平板间的距离,与不存在额外维的情形相比,平板间Casimir力的大小降低了一个数量级．螺旋结构参数越小,Casimir力的大小降低越多．     

Casimir效应与量子真空

荷兰物理学家Hendrik Casimir于1948年提出存在一种Casimir力——当计算两个互相平行的不带电导体板之间的能量时,电磁真空边界环境造成两板互相吸引。在经典物理中对两板的作用力不会发生,因此这纯粹是一种量子效应。Casimir效应为"量子真空是一种物理实在"提供了直接的显示和证明。按照量子力学(QM)中的零点能(ZPE)理论,两平行金属板中场的每个模式对每块板都产生一定的压强;这种已由实验证明其存在的力使两板靠近。基本原因在于:虽然零点能(ZPE)不能直接计算和测量,但置入两板前后的能量差值却可由计算和测量而确定,即得到Casimir能Ec。Casimir效应使真空能(或者说真空电磁场)的存在成为可观察的效应。在这里"真空"一词是指物理真空,而非工程技术的真空。可以认为真空中放置双板后改变了真空的结构,故有两种真空:板外的常态真空或自由真空,板间的负能真空,后者的折射率小于1(n1)。对于与板垂直的电磁波传播而言,真空中的光速并不相同,变化量(△c/c)约为1.6×10~(-60)d~(-4),故当d=10~(-9)m时△c=10~(-24)c。因此量子电动力学双环效应,会使电磁波的相速和群速大于真空中光速c。虽然超光速的量很小,但却提升了对原理的兴趣。从1948年至今,70年后Casimir力仍然令人惊奇。Casimir效应的普遍性使其获得了广泛应用,本文从理论和实验方面的论述提供了对现象的深刻理解。     

金属板与特异材料板间的Casimir力

研究金属板和特异材料间的Casimir力。金属板的电磁性质是由实验数据拟合得到,特异材料板的电磁性质则是用Drude-Lorentz模型来描述。通过改变两块材料板的相关参数,研究了Casimir吸引力、排斥力的变化及其相互转化。结果表明,随着两板间距的增加,两板间的Casimir力会经历引力-斥力-引力的转化。     

机电集成静电谐波微型传动系统的Casimir力和强迫响应

提出一种机电集成静电谐波微型传动系统。随着传动尺寸的减小,分子力的影响变大,应该予以考虑。本文给出了同时考虑静电力和Casimir力时机电集成静电谐波微型传动系统对于电压扰动的强迫响应方程。运用该方程,研究了Casimir力对系统强迫响应的影响规律。结果表明:Casimir力对于系统强迫响应具有重要影响,随着柔轮与定子间初始间隙的减小和电压的增大,Casimir力对系统强迫响应的影响变大。研究结果对于该种传动系统的进一步小型化具有指导意义。     

乘积度量空间上满足σ(γ)-压缩条件映射的唯一不动点

通过在［1,∞)³上引入两种实函数类Σ和Γ, 在乘积度量空间上给出满足σ(γ)-压缩条件映射的唯一不动点存在性定理, 并给出乘积度量空间上的Banach型不动点定理、 Kannan型不动点定理、 Chatterjea型不动点定理和Ciric型不动点定理及其推广的不动点定理.     

周期边界下玻色爱因斯坦凝聚体杂质间相互作用

应用黎曼才塔函数(Riemann zeta function)研究了一维情况下周期边界下的玻色爱因斯坦凝聚体杂质间的相互作用力.通过计算杂质间的相互作用力,给出了力与杂质间距离的关系.结果表明,杂质间的距离越大,力越小.研究结果有助于进一步了解玻色爱因斯坦凝聚体中杂质所带来的物理效应.     

两维整体单极黑洞时空中的Casimir效应

 两维整体单极黑洞事件视界附近的一个薄层作为Casimir型系统,得到了在Boulware真空、Hartle-Hawking真空和Unruh真空的能动张量.这些值都是在满足Dirichlet边界条件的无质量标量场中得到.应用Wald公理得到了用通常的正规化方法得到的结果.同时,计算了在渐进平直时空下的能量、能量密度和作用在Dirichlet边界上的压强,并由能量得到了Casimir力.     

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.     

压缩真空场与V-型三能级原子作用过程中光场的压缩效应

研究了V-型量子拍频三能级原子与单模压缩真空场作用过程中系统的动力学行为,运用数值方法讨论了系统参数对系统光场压缩特性的影响。研究表明:单模压缩真空场的初始压缩因子和V-型三能级原子的相对失谐量的大小对系统光场的压缩特性有很大的影响,通过选择合适的系统参数,光场可以被完全压缩。     

超材料的新应用:调控Casimir力

 随着微机电系统（MEMS）的微型化,由Casimir吸引力导致的器件黏附失效极大影响了MEMS的应用,如何减小Casimir吸引力甚至将其转化为斥力成为该领域的研究热点。本文综述Casimir力的物理起源、理论计算方法、材料电磁参数的影响规律及电磁超材料在Casimir力调控方面的应用等研究进展。     

几种简单结构内Casimir力的计算方法

阐述了零点能及Casimir力产生的理论依据,着重分析了两平行平面结构、矩形腔结构和两同心圆柱体结构内的零点能及Casimir力的计算方法,并对计算结果进行分析,讨论了在不同条件下零点能及Casimir力的不同表现．相同的计算方法下发现,Casimir力与微腔边界的形状有很大的关系,与几何尺寸成反比,是边界大小、几何形状和拓扑的函数,并且同外界的影响因素如温度、传导性等密切相关．它可以是引力也可为斥力,而且对于某些结构,它还可在引力和斥力间转换。     

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...     

依赖强度耦合双光子T-C模型原子布居数的时间演化

研究了依赖强度耦合压缩真空场与耦合双原子双光子跃迁相互作用系统原子布居数的时间演化规律,讨论了光场的初始压缩因子、原子间相互作用和原子的初态对原子布居数时间演化的影响。结果表明：当原子间相互作用较弱时,原子布居的时间演化曲线呈现周期性的崩塌-回复现象,随着原子间相互作用的加强,崩塌-回复周期变短,以至消失,原子布居时间演化曲线的振荡幅度随光场初始压缩因子的增大而明显地减小。