邮票上的物理学史(70)--低温物理学

低温物理学中所谓的低温,指的是能量可以和零点能相比的温度. 零点能是一个纯粹量子力学概念. 温度越低,原子或分子的运动越慢,其动能小到可以与零点能相比,这就使其量子特性充分显示出来. 低温下突出的物理现象中超导电性(超导)和超流动性(超流)都属于宏观量子效应.     

柱环腔中的量子电动力学效应

研究以同轴不同半径柱面围成的导体柱环腔体中电磁场真空零点振动模式所给出的宏观量子效应.零点振动模式通过求解柱环空腔边界条件下无源的Maxwell方程组获得.得到了双柱面同心柱环中单位长度和单位面积的且是有限的真空能量，即Casimir能量.这有限的Casimir能量可以分解为独立而且收敛的三部分，它们分别来自内柱面、外柱面和柱环之中.对多柱面同心柱环，Casimir能量可分解为独立的（2n—1）部分（n为柱面数）.柱环是类似于平行板的几何结构.但柱环所给出的Casimir能量和Casimir势能系数是随着 关键词： Casimir效应 柱环腔体 零点能 量子电动力学     

邮票上的物理学史——低温物理学

低温物理学中所谓的低温，指的是能量可以和零点能相比的温度．零点能是一个纯粹量子力学概念．温度越低，原子或分子的运动越慢，其动能小到可以与零点能相比，这就使其量子特性充分显示出来．低温下突出的物理现象中超导电性(超导)和超流动性(超流)都属于宏观量子效应．     

卡西米尔力

量子电动力学中的卡西米尔力是真空零点能的体现.广义的卡西米尔力则依赖于涨落介质的类型广泛地出现于物理中,包括量子,临界,戈德斯通模,以及非平衡卡西米尔力.长程关联的涨落介质和约束是产生卡西米尔力的两个条件.本文通过回顾卡西米尔物理的发展,讨论了不同类型的卡西米尔力,几种正规化方法,并对卡西米尔物理的进一步发展做了展望.     

ZM模型中零点能修正对核子有效质量的影响

基于ZM模型,讨论了真空零点能的贡献.认为真空零点能不能简单地丢掉,所以零点能中与温度相关的有限部分被分离了出来,并具体讨论了在核物质中这一零点能修正对核子有效质量的影响,发现在高温时它有着非平庸的贡献.     

卡西米尔效应浅析:机理、测量与意义

 如果让两块金属面板在真空中相对放置会发生什么情况呢?你的第一反应也许是“根本不会有任何事情发生”。而实际上,两块金属面板将由于真空的存在而相互吸引。这一令人惊奇的现象是由荷兰理论物理学家亨德里克·卡西米尔(HendrikCasimir)于1948年最先预言的,这种现象现在被称为卡西米尔效应。真空中两个金属面板之间的相互作用力被称为卡西米尔力。卡西米尔效应是一种有关真空涨落的量子现象。一、卡西米尔效应的机理在早期的经典力学中,真空的概念是很简单的。如果一个容器倒空其内的所有物质并将其温度降低到绝对零度,则容器内部所剩余的空间即为真空。     

纳米电路实验新发现——兰姆位移干扰量子比特传输

量子理论预言真空并非是真的一无所有,即使是在没有任何粒子和辐射的绝对真空也会不断地有虚拟粒子产生和消亡.在电磁场中,因为虚拟光量子的存在而对量子系统的能量产生微小的改变(重正化),这就是所谓的"兰姆位移".     

分段均匀弦的Casimir能量

Casimir能量可看成是由于边界的出现、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.由于对Casimir能量的研究能加深对量子场本质的了解,近来对它的研究兴趣正在增加.Brevik等人首先讨论了分段均匀弦的Casiwhr能量.但他们只讨论了闭玻色弦的Casimir能量.本文推广到开和闭的玻色弦,以及费米子弦情形.并且对超弦的Casimir能量也作了探讨.     

超构材料中的光学量子自旋霍尔效应

电子的量子自旋霍尔效应的发现推进了当今凝聚态物理学的发展,它是一种电子自旋依赖的具有量子行为的输运效应.近年来,大量的理论和实验研究表明,描述电磁波场运动规律的麦克斯韦方程组内禀了光的量子自旋霍尔效应,存在于界面的倏逝波表现出强烈的自旋与动量关联性.得益于新兴的光学材料:超构材料(metamaterials)的发展,不仅能够任意设定光学参数,同时也能引入很多复杂的自旋-轨道耦合机理,让我们能够更加清晰地了解和验证其中的物理机理.本文对超构材料中量子自旋霍尔效应做了简要的介绍,内容主要包括真空中光的量子自旋霍尔效应的物理本质、电单负和磁单负超构材料能带反转导致的不同拓扑相的界面态、拓扑电路系统中光量子自旋霍尔效应等.     

各向异性抛物势对非对称半指数量子阱中杂质极化子基态能量的影响

当非对称半指数量子阱中在阱的生长方向存在非对称半指数受限势,而在垂直于阱的生长方向存在各向异性抛物受限势时,我们理论上研究了类氢杂质対非对称半指数量子阱中弱耦合杂质极化子基态能量性质的影响.应用线性组合算符方法和两次幺正变换导出了非对称半指数量子阱中弱耦合杂质极化子的基态能量.我们挑选非对称半指数GaAs半导体量子阱晶体为例,计算了非对称半指数量子阱中弱耦合杂质极化子的基态能量与库仑杂质势的强度,非对称半指数受限势的两个正参数和x方向和y方向的各向异性抛物势的受限强度变换关系.通过数值我们发现非对称半指数量子阱中弱耦合杂质极化子的基态能量随库仑杂质势的强度的增加而增大,杂质极化子的基态能量是参量U₀和x方向和y方向的各向异性抛物势的受限强度的的增函数,而它是参量σ的减函数.表现了奇特的量子尺寸限制效应.     

关于单模最小关联混态的量子隐性传态及其保真度的研究

基于Braunstein和Kimble方案以双模压缩真空态作为量子信道实施对单模最小关联混态量子隐性传态的可行性进行了研究.我们发现,单模最小关联混态在一定参数范围内呈现出压缩效应这种非经典性质,利用双模压缩真空态作为量子通道可以高保真的传递没有压缩效应的单模最小关联混态,但对呈现压缩效应的单模最小关联混态进行量子隐性传送时得到输出态的保真度较低.而且发现通过调节输出端位移因子的方法不能实现对单模最小关联混态保真度的优化.     

F+H2O→HF+OH反应的高精度速率常数的计算研究

F+H₂O→HF+OH是四原子反应的典型代表,并在环境和天体化学中扮演着重要角色. 基于全维势能面,本文采用环-聚合分子动力学(RPMD)方法计算了该反应的速率常数. 该势能面可以重现高精度理论化学水平(FPA和HEAT)上得到的反应能垒和放热数据,它是目前该体系的最准确势能面. RPMD方法重现了之前半经典过渡态理论结合两维主方程得到的速率常数,二者都与实验结果高度吻合. RPMD方法可以高效可靠地考虑量子效应,如量子隧穿和零点能效应等. 另外,RPMD计算结果随珠子数量增加收敛较快,这些都与之前RPMD的诸多计算应用发现的结论一致.     

泵浦-探测技术中受激量子拍的理论研究

基于V型三级级原子由于真空与原子耦合引起的量子相干效应,研究了泵浦-探测技术中透射受激量子拍特征.理论计算表明:这种受激量子拍与荧光量子拍相比具有高的信噪比.理论结果与实验有较好的一致性.     

F+H_2O→HF+OH反应的高精度速率常数的计算研究（英文）

F+H_2O→HF+OH是四原子反应的典型代表,并在环境和天体化学中扮演着重要角色.基于全维势能面,本文采用环-聚合分子动力学(RPMD)方法计算了该反应的速率常数.该势能面可以重现高精度理论化学水平(FPA和HEAT)上得到的反应能垒和放热数据,它是目前该体系的最准确势能面.RPMD方法重现了之前半经典过渡态理论结合两维主方程得到的速率常数,二者都与实验结果高度吻合.RP M D方法可以高效可靠地考虑量子效应,如量子隧穿和零点能效应等.另外,RPMD计算结果随珠子数量增加收敛较快,这些都与之前RPMD的诸多计算应用发现的结论一致.     

压缩真空中的三能级原子的自发辐射

对压缩真空与Ｖ型三能级原子的相互作用作了理论分析,探讨了量子干涉效应对压缩真空中原子自发辐射的影响。当原子的上能级简并时强的量子干涉效应影响原子的定态和定态出射光谱,使它们对原子的初态敏感。这种情况下,压缩使谱线趋于关于压缩真空中心频率对称,量子干涉使谱线趋于不对称。     

CH4和CD4解离吸附的量子含时动力学研究

运用含时波包法(time-dependent wave packet method),对CH4和CD4在光滑静止的Ni(100)表面的解离吸附进行了量子动力学研究与计算.不同振动态下解离几率随平动能的变化曲线表明,反应分子的振动能对分子的解离有重要贡献,其反应趋势,与其它理论模型得到的结果一致.CH4与CD4解离几率的对数随平动能的变化曲线表明,CH4的解离几率比CD4的要高得多,这种同位素效应,是由它们不同的零点能和量子隧道效应引起的,且与实验结果符合得比较好.     

黑洞的统计熵

运用量子统计的方法,直接求解Schwarzschild时空背景下玻色场和费米场的配分函数,得到熵的积分表达式.按照最近的研究结果,认为黑洞的Hawking辐射过程是隧道效应过程,在考虑黑洞隧道效应产生过程中黑洞能量发生变化的基础上,给出积分的下限为黑洞的视界位置.由此得到黑洞熵的主要项为视界面积的1/4.不存在使人疑惑的紫外截断因子,并且由此可得黑洞辐射粒子的能量与辐射温度成正比的结论. 关键词： 黑洞熵 量子统计 隧道效应 反作用     

在超冷原子气中探测声子的兰姆移位

<正>根据量子力学,真空不仅仅是空的空间。相反,它充斥着涨落(即:先产生而后瞬间湮灭的虚拟光子),这涨落可以影响到置身其中的粒子。著名的兰姆移位的首次观察是在1947年,由Willis Lamb(兰姆)和Robert Retherford完成。在经典的真空中,氢原子中两个本应简并的能级之间会产生微小的能量差异(见图)。这是因为在真空中电磁场的零点涨落扰动了氢原子中束缚电子的位置。该效应的观察对量子力     

“关于黑洞辐射问题的分析”文中的两个问题

 在《现代物理知识》2003年第一期中的“关于黑洞辐射问题的分析”一文中,作者对几个问题出现了错误的理解和计算。先分别列举如下:一、说“霍金是这样理解黑洞蒸发的:如果在黑洞中有一颗粒子,它的位置在黑洞中被很好的定义,这意味着它的速度不能被精确的定义。所以粒子的速度就有可能超过光速,这使得它可能从黑洞中逃逸出来,粒子就这样缓慢地从黑洞中泄露出来。”实际情况却非如此。霍金在1974年解释黑洞辐射时指出:黑洞的辐射只有通过量子效应来实现。黑洞附近的真空产生虚粒子对,虚粒子对在不断的产生和消失,虚粒子对的质量与能量涨落关系符合爱因斯坦的质能关系,寿命遵从不确定性原理。     

在GSI的重离子碰撞中出现令人迷惑不解的正电子峰

“真空火花”(“sparking of the Vacu-um”)是量子电动力学非常奇异的预言之一。在探索“真空火花”时,塔姆施达特GSI的两个重离子实验小组发现了相当出人意料并且让人非常迷惑不解的事情。如果有某个电荷数Z 足够高的核,在最低位电子轨道上有个空位,那末它由真空自发产生一个电子-正电子对较之失去这个轨道空位,在能量上要更容易些。事实上,这就是QED 所预言的真空火花,或者说“自发正电子发射”。