动态Casimir效应的研究

The dynamical Casimir effect is a peculiar physical phenomena in quantum mechanics. In 2011,Nature reported a observation of the dynamical Casimir effect in a SQUID for the first time.. The project intends to study the following problems：1.We want to investigate the dynamical Casimir effect in a leaky cavity with the dissipative cavity fields described by Fox-Li quasimodes.2.Thermal effects on the dynamical Casimir effect，the collective excitation effect and the Kibble-Zurek mechanism are investigated in a non-stationary cavity filled with an ensemble of two-level atoms collectively.2.We consider a theoretical model of the motion induced radiation experiment (MIR) . We will discuss the influence of different initial states, losses in the detector and the cavity, and the temperature on the rate of generation of the Casimir photons.The above researches will play a promoting role for the first measurement of the dynamical Casimir effect at the finite temperature.

动态Casimir效应是量子力学的一个奇特的物理现象，2011年Nature报道了在SQUID中首次成功测量了动态Casimir效应的实验。. 本项目拟研究下列问题:1.利用Fox-Li准模理论研究耗散腔中动态Casimir效应；2.讨论有限温度对动态Casimir效应、原子集体激发效应和Kibble-Zurek机制的影响；3.讨论运动诱发辐射实验（MIR）的理论模型，从理论上分析系统在不同初态、腔与探测器的耗散以及温度对光子产生率的影响。以上研究将为实验首次测量有限温度下的动态Casimir效应起到一定的推进作用。

1970年Moore对非稳腔进行研究，预言了动态Casimir效应， 2011年Nature报道了在SQUID中首次成功测量了动态Casimir效应的实验，使这一奇特的量子效应更加引人瞩目。本项目将不同的原子系统作为光子探测器置于理想单模非稳腔之中，研究了不同原子系统与理想单模非稳腔的相互作用对产生光子数的影响，以及非稳腔反作用与光子探测器所引起的光子探测器的量子效应。本项目研究了以下两个问题：（1）研究了大量处于基态的二能级原子组成的原子系综探测器与理想单模非稳腔相互作用时，有限温度、虚光子过程、耦合强度对动态Casimir效应影响，以及动态Casimir效应对原子系综探测器的反作用。在理想单模非稳腔中放入多原子组成的原子系综，由于原子系综的有效耦合强度要比单原子的耦合强度大，所以无论是原子系综的集体激发效应还是改变动态Casimir效应产生的光子数平均值都会更加的明显。通过研究说明温度对原子系综的集体激发效应以及动态Casimir效应都有促进作用；而非旋转波近似下原子系综的集体激发效应和动态Casimir效应都要比旋转波近似下的效应更加明显，并且非旋转波项的耦合系数越大，原子系综的集体激发效应和动态Casimir效应越明显。 （2）讨论了双二能级原子探测器与理想非稳腔的相互作用对动态Casimir效应的影响。在理想单模非稳腔中放入两个二能级原子，通过量子矩阵力学，得到了产生光子数的解析表达式。结果显示双原子与腔场的耦合系数以及原子间的耦合系数对光子产生率都有影响，双原子与腔场的耦合系数越大，两个原子间的耦合系数越大，光子数目越少。基于以上研究结果，选择双二能级原子探测器是有必要选择原子与腔场的耦合系数以及原子与原子之间的耦合系数较小的探测器，更有利于光子的产生。