與真空Dirac場耦合的勻速圓周運(yùn)動原子的自發(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源于原子與場相互作用哈密頓量中原子算符和場算符的排序問題。在二十世紀(jì)八十年代的時候，Dalibard，Dupont-Roc和Cohen-Tannoudji(DDC)消除了這種不確定性，他們在研究原子與場的相互作用時，通過采用將原子和場算符對稱排序的方法，使真空漲落和輻射反作用對原子自發(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，這種新的用來研究原子與場相互作用的方法被稱為DDC方法。隨后這個方法被人們廣泛地應(yīng)用到了對原子輻射性質(zhì)的研究中。
　　Audretsch和Müller是最開始把DDC方法應(yīng)用到對原子與真空標(biāo)量場耦合時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)量場的耦合時其原子平均能量變化率和蘭姆移動;隨后Passante將DDC方法推廣到了原子與真空電磁場耦合的情況中，他研究了原子與

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

4、是非線性的，此時原子的演化呈現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)。原子與真空Dirac場非線性耦合時，此時原子的演化歸結(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場耦合的勻加速原子和與標(biāo)量場、電磁場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，真空漲落和包含真空漲落與輻射反作用的交叉項(xiàng)對其平均能量變化率的貢獻(xiàn)無法完全抵消，原子將發(fā)生自發(fā)激發(fā)。
　　當(dāng)運(yùn)用推廣到Dirac場的DDC方法分別來計(jì)算真空漲落和包含真空漲落與輻射反作用的交叉項(xiàng)對與真空Dirac場耦合的勻速圓周運(yùn)動原子的平均能量變化率的貢獻(xiàn)時，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)動的原子的躍遷幾率不包含標(biāo)志著熱庫的普朗克因子

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純粹的熱輻射。此時，Dirac場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、電磁場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)量場或者電磁場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