與真空Dirac場(chǎng)耦合的勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子的自發(fā)激發(fā).pdf

1、自發(fā)輻射是原子重要的輻射性質(zhì)，它的物理機(jī)制既可以解釋為真空漲落，也可以解釋為原子輻射反作用，或者解釋為這兩部分的線性組合。這種解釋的不確定性來(lái)源于原子與場(chǎng)相互作用哈密頓量中原子算符和場(chǎng)算符的排序問(wèn)題。在二十世紀(jì)八十年代的時(shí)候，Dalibard，Dupont-Roc和Cohen-Tannoudji(DDC)消除了這種不確定性，他們?cè)谘芯吭优c場(chǎng)的相互作用時(shí)，通過(guò)采用將原子和場(chǎng)算符對(duì)稱排序的方法，使真空漲落和輻射反作用對(duì)原子自發(fā)輻射的貢獻(xiàn)都

2、是厄米的從而賦予了它們獨(dú)立的物理意義，這種新的用來(lái)研究原子與場(chǎng)相互作用的方法被稱為DDC方法。隨后這個(gè)方法被人們廣泛地應(yīng)用到了對(duì)原子輻射性質(zhì)的研究中。
　　Audretsch和Müller是最開始把DDC方法應(yīng)用到對(duì)原子與真空標(biāo)量場(chǎng)耦合時(shí)原子的演化的研究中去的，他們研究了慣性原子和勻加速原子分別與真空實(shí)標(biāo)量場(chǎng)的耦合時(shí)其原子平均能量變化率和蘭姆移動(dòng);隨后Passante將DDC方法推廣到了原子與真空電磁場(chǎng)耦合的情況中，他研究了原子與

3、真空電磁場(chǎng)耦合時(shí)原子的能級(jí)移動(dòng)。原子與真空標(biāo)量場(chǎng)、電磁場(chǎng)之間的耦合都是線性耦合，此時(shí)原子的演化歸結(jié)為真空漲落和原子輻射反作用兩部分貢獻(xiàn)。對(duì)于而言慣性基態(tài)原子，真空漲落和輻射反作用對(duì)其原子平均能量變化率的貢獻(xiàn)恰好完全抵消，保證了基態(tài)原子的穩(wěn)定性;而對(duì)于做勻加速運(yùn)動(dòng)的基態(tài)原子，真空漲落和輻射反作用對(duì)其原子平均能量變化率的貢獻(xiàn)不能完全抵消，此時(shí)原子將發(fā)生自發(fā)激發(fā)。
　　當(dāng)DDC方法被推廣到真空Dirac場(chǎng)時(shí)，原子與Dirac場(chǎng)之間的耦合

4、是非線性的，此時(shí)原子的演化呈現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)。原子與真空Dirac場(chǎng)非線性耦合時(shí)，此時(shí)原子的演化歸結(jié)為真空漲落、原子輻射反作用以及真空漲落和輻射反作用交叉項(xiàng)這三部分貢獻(xiàn)，其中真空漲落和交叉項(xiàng)是同階項(xiàng)，而原子的輻射反作用的貢獻(xiàn)是高階項(xiàng)。與Dirac場(chǎng)耦合的勻加速原子和與標(biāo)量場(chǎng)、電磁場(chǎng)耦合的勻加速原子一樣，其原子平均能量變化率跟原子加速度和原子頻率有關(guān)。但不同的是，與Dirac場(chǎng)耦合的勻加速原子其原子平均能量變化率的表達(dá)式中出現(xiàn)了與加速度的

5、四次方有關(guān)的非熱修正項(xiàng)，當(dāng)原子最初處于基態(tài)時(shí)，真空漲落和包含真空漲落與輻射反作用的交叉項(xiàng)對(duì)其平均能量變化率的貢獻(xiàn)無(wú)法完全抵消，原子將發(fā)生自發(fā)激發(fā)。
　　當(dāng)運(yùn)用推廣到Dirac場(chǎng)的DDC方法分別來(lái)計(jì)算真空漲落和包含真空漲落與輻射反作用的交叉項(xiàng)對(duì)與真空Dirac場(chǎng)耦合的勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子的平均能量變化率的貢獻(xiàn)時(shí)，結(jié)果表明盡管處于基態(tài)的原子在真空中也是可以發(fā)生自發(fā)激發(fā)的，但由于這些做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的原子的躍遷幾率不包含標(biāo)志著熱庫(kù)的普朗克因子

6、，因此他們并不能像線性加速情況下的原子那樣感受到一個(gè)純粹的熱輻射。此時(shí)，Dirac場(chǎng)中包含的真空漲落與輻射反作用的交叉項(xiàng)的作用和標(biāo)量場(chǎng)、電磁場(chǎng)情況中的輻射反作用項(xiàng)的作用相同，都是減少原子的平均能量變化率。但不同的是與標(biāo)量場(chǎng)或者電磁場(chǎng)耦合的勻速圓周原子和線性加速原子情況中的輻射反作用對(duì)相應(yīng)的原子平均能量變化率的貢獻(xiàn)是相同的，而與Dirac場(chǎng)耦合的勻速圓周原子和線性加速原子情況中的交叉項(xiàng)對(duì)原子的平均能量變化率的貢獻(xiàn)是不同的。這也表明從原子與