基于复点源模型的原子CasimiR-Polder势的研究

摘要

Casimir效应是一种量子真空涨落的结果，在理论与实验的研究中具有重要的意义，并且在各个领域中有着非常广泛的应用。近年来，随着工业制造水平地不断提高，越来越多的微型器件逐渐问世。然而微型器件的尺寸越来越小，使得微型器件内部零件之间的距离也相应地减小。当这个距离减小到微米量级时，零件间的Casimir效应就不能忽略，且会对整个微型器件产生不利的影响。因而非常有必要研究近距离下的Casimir效应和Casimir-Polder效应。
　　近十几年来不断成熟的激光冷却技术和单原子操纵技术为实现两个原子间距离的大幅度缩短甚至缩减到零提供了一种可能。目前，对Casimir效应以及Casimir-Polder效应的研究，两个相互作用的物体之间的距离大多都在微米尺度之上。那么，如果两相互作用物体间的距离在微米尺度之下时，两个中性原子之间的Casimir-Polder力多大？将会有怎样的变化？
　　本文基于场空间相关的方法，研究了两个基态原子之间的Casimir-Polder效应，并发现复点源模型在处理近距离情况时的优势。考虑到当原子间距离趋于零的时候，传统方法的Casimir-Polder势会出现奇点，我们提出了复点源模型的Casimir-Polder势，并计算了近距离下（距离为原子尺度），两个处于基态的二能级中性原子间的Casimir-Polder势。基于这样的复点源模型，我们可以在理论上得到距离趋于零甚至为零的时候的相互作用势。在此基础上，考虑到实际实验中存在其他物体的情况，我们研究了存在边界条件时，近距离下原子之间的相互作用Casimir-Polder势。
　　经过理论计算分析，我们发现无边界条件和有边界条件下的Casimir-Polder势在近距离（原子尺度）下都会出现一个振荡过程，并且趋势相同。随着原子间的距离从零开始增大，Casimir-Polder力首先表现为非常强的排斥力，之后会从排斥力变为吸引力。随着距离的进一步增大，原子间的Casimir-Polder力再次变成排斥力，之后再转变成越来越小的吸引力，其中后面两种力的表现类似为传统的范德华力和CP力。而边界条件的存在主要影响原子间间距较大时候的相互作用势大小。在原子之间距离趋于零附近，由于原子间本身强烈的相互作用排斥势，Casimir-Polder效应有边界条件和无边界条件没有什么差别。随着距离的增大，边界条件影响到了CP势的大小，但是不改变CP势的作用形式。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 Casimir效应理论研究

1．2．2 Casimir效应实验研究

1．3 本文主要内容

第二章 Casimir-Polder效应的发展与研究

2．1 Casimir效应与Casimir-Polder效应

2．2 CP势的理论研究方法

2．3 场空间相关方法

第三章 复点源模型

3．1 复点源模型的提出及发展

3．2 复点源模型的理论分析

第四章 无边界条件的近距离CP效应研究

4．1 物理图像

4．2 基于场空间相关的CP势

4．3 复点源模型下的CP势

4．4 结果分析与讨论

第五章 有边界条件的近距离CP效应研究

5．1 有边界条件的CP效应

5．2 近距离下的CP效应

5．3 结果分析与讨论

第六章 总结与展望

参考文献