黑洞外部時空原子的自發激發與蘭姆移動

《黑洞外部時空原子的自發激發與蘭姆移動》是依託寧波大學，由周文婷擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：黑洞外部時空原子的自發激發與蘭姆移動
• 依託單位：寧波大學
• 項目負責人：周文婷
• 項目類別：青年科學基金項目

項目簡介

黑洞時空是一類典型的彎曲時空，具有自身獨特的物理性質和特點。近些年的理論研究表明，黑洞具有奇特的量子效應-霍金輻射，這個重要的發現不僅解決了黑洞熱力學中長久以來存在的矛盾，而且深刻地揭示了引力理論、熱力學和量子理論之間的內在聯繫。自發激發和蘭姆移動是原子兩種重要的輻射性質，它們都是由原子與場相互作用引起的可觀測的量子效應。在黑洞外部時空中，量子場的漲落有著不同於其它時空中量子場漲落的性質和特點，因而時空中原子的自發激發和蘭姆移動也將呈現出新的特性。本項目擬通過對黑洞外部時空中原子的自發激發和蘭姆移動的研究來探究不同類型黑洞時空的性質和特點。這項工作對於我們認識彎曲時空性質對原子輻射性質的影響具有重要的理論意義，有助於我們進一步理解黑洞的霍金輻射和量子真空等概念，並有可能為實驗觀測和檢驗彎曲時空的量子效應提供新的思路。

結題摘要

原子的自發激發和蘭姆移動是原子與場相互作用時發生的重要量子現象，近些年人們研究發現閔氏時空中原子的非慣性運動和時空中的熱輻射會引起與場耦合的原子的平均能量和蘭姆移動有修正。不同時空各有其自身的特點，時空中傳播的量子場也有著各自獨特的物理性質，因此，與各種時空中不同性質量子場耦合的原子的輻射性質也有所區別。我們在黑洞等彎曲時空背景中與各種性質量子場耦合的原子的輻射性質方面開展了一系列研究工作，探討了黑洞的霍金輻射、時空曲率、時空非平庸拓撲結構、原子的非慣性運動、時空中的熱輻射以及原子的極化等因素對原子能級移動和自發激發等輻射性質的影響，揭示了黑洞等彎曲時空性質與原子的能級移動、自發激發等輻射性質內在的、本質的聯繫。 我們發現，對於史瓦希時空中對稱、反對稱糾纏態關聯的兩原子，原子間的相互作用勢與時空中量子場的漲落沒有關係，它完全由原子的輻射反作用引起，因此，與原子其它輻射性質（如蘭姆移動）顯著不同，對稱或反對稱糾纏態關聯的兩原子間的相互作用勢在Boulware真空，Unruh真空和Hartle-Hawking真空中具有完全相同的特點和規律，黑洞的霍金輻射對該相互作用勢沒有影響。而史瓦希時空曲率對該相互作用勢有重要影響，特別是在視界附近，該相互作用勢明顯比閔氏時空中的結果小。我們關於一條無限長直宇宙弦附近原子的平均能量變化率的研究工作揭示了時空的非平庸拓撲結構、原子的勻加速運動、時空中的熱輻射和原子的極化與原子的平均能量變化率的密切聯繫。我們關於平直時空中與電磁場耦合的勻加速原子的自發激發現象的研究表明對於原子與電磁場耦合的情況，Fulling-Davies-Unruh效應是完全成立的。此外，我們還發現非平衡熱效應對原子的能級移動有重要影響，原則上我們可以在非平衡環境中通過對介質材料的選擇在室溫範圍內實現介質板附近原子受到的Casimir-Polder力從吸引到排斥的轉變。