【摘 要】
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规范理论通过局域规范对称性来构造物质之间的相互作用,并且规范理论的自洽性要求物理观测量不依赖于规范条件。该理论的预言在经典物理和基本粒子散射过程上得到了充分的检验。然而,当研究有量子束缚态参与的过程时,理论的预言规范依赖。理论预言的规范依赖和实验结果确定相冲突,以至于有一段时间,人们倾向于认为存在一种“优选规范条件”。同时,还有一批学者通过构造所谓的“规范无关”的哈密顿算符来解决这一冲突。然而,“
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规范理论通过局域规范对称性来构造物质之间的相互作用,并且规范理论的自洽性要求物理观测量不依赖于规范条件。该理论的预言在经典物理和基本粒子散射过程上得到了充分的检验。然而,当研究有量子束缚态参与的过程时,理论的预言规范依赖。理论预言的规范依赖和实验结果确定相冲突,以至于有一段时间,人们倾向于认为存在一种“优选规范条件”。同时,还有一批学者通过构造所谓的“规范无关”的哈密顿算符来解决这一冲突。然而,“规范不变”的哈密顿算符目前只有在偶极近似下研究弱辐射场中的量子体系是有效的,一旦电磁标量势是时变的,”规范不变”的哈密顿算符就不适用。本文构造了相对论强Coulomb场作用下的量子系统来明显展示这种解决方案的不适用性。其本质特点就是,虽然外场近似下的Schr?dinger方程是规范协变,但是涉及到量子态如何定义时,就存在规范依赖的问题。目前,由于完全量子场论方法来处理这些问题存在一些困难,所以只有外场近似下的半经典哈密顿量这个计算方法可以使用。本文设计了以β=0.1匀速运动的电荷团簇绝热地与量子体系相互作用的物理体系,这样既可以做到获得比较明显的规范依赖也保证了一定程度上的外场近似方法的有效性。并且本文考虑使用瞬态自发辐射光谱来展现规范依赖。由于不同规范条件的标量电磁势的不同,影响了简谐近似展开“平衡点”的定义,进而导致量子态及其本征值的不同。本文通过数值演化的方法计算了该量子体系在Lorentz、Coulomb和多极规范条件下的瞬态自发辐射光谱。Lorentz规范下的自发辐射光谱的峰值频率比多极规范高了约10 MHz,比Coulomb规范高了约60 MHz,并且峰值强度也有差别。本文还考虑加速电荷团簇的情形。以圆周运动为例,计算了在本文所讨论的三种规范条件下的瞬态自发辐射光谱,同样发现了不同规范条件下,峰值频率和强度有着明显的区别。由此,本文认为,对于以量子体系为本体参考系,非均匀外场下的运动的量子系统不存在着“自然规范条件”,这一点与静态量子体系和弱辐射场中的量子体系不同。本文采用的外场近似方法在相对论电荷作为电磁场外源的情形下未必有效,所以这里出现的规范依赖未必是一个问题。在完全量子场论方法缺失的情况下,完全可以通过实验数据去拟合出一个有效外场。这个有效外场不仅仅具有唯象的作用,而且对于研究规范场的物理意义也十分关键。更进一步,还可以利用很多现代技术来推进具体的实验方案,比如里德堡原子和相对论原(离)子束。本文在第一章将介绍规范理论的原理和规范对称性检验的现状,同时也将简要介绍相对论原(离)子束的相关背景。第二章详细说明外场近似下如何出现规范依赖。第三章和第四章在两个具体的实验方案下,在三种规范条件下计算时变量子体系的瞬态自发辐射光谱并比较区别。第五章对全文进行总结和展望。
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