[論文レビュー] Casimir Friction Between Polarizable Particle and Half-Space with Radiation Damping at Zero Temperature

Johan S. Høye, Iver Brevik+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2015

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、零温度下における誘電体半無限空間と極性を持つ粒子の間のカシミール摩擦を検討し、Kubo形式を用いて放射性減衰を組み込む。半無限空間の影響により修正された原子極効率を導出し、Intravaia、Behunin、Dalvitらの先行研究と本質的に一致する結果を得た。以前の手法における不一致を、一貫した減衰取り扱いによって解消した。

ABSTRACT

Casimir friction between a polarizable particle and a semi-infinite space is a delicate physical phenomenon, as it concerns the interaction between a microscopic quantum particle and a semi-infinite reservoir. Not unexpectedly, results obtained in the past about the friction force obtained via different routes are sometimes, at least apparently, wildly different from each other. Recently, we considered the Casimir friction force for two dielectric semi-infinite plates moving parallel to each other [J. S. Hoye and I. Brevik, Eur. Phys. J. D {\bf 68}, 61 (2014)], and managed to get essential agreement with results obtained by Pendry (1997), Volokitin and Persson (2007), and Barton (2011). Our method was based upon use of the Kubo formalism. In the present paper we focus on the interaction between a polarizable particle and a dielectric half-space again, and calculate the friction force using the same basic method as before. The new ingredient in the present analysis is that we take into account radiative damping, and derive the modifications thereof. Some comparisons are also made with works from others. Essential agreement with the results of Intravaia, Behunin, and Dalvit can also be achieved using the modification of the atomic polarizability by the metallic plate.

研究の動機と目的

• 零温度下における極性粒子と誘電体半無限空間の間のカシミール摩擦計算における不一致を解消すること。
• 量子真空中の揺らぎにおける放射性減衰が摩擦力に与える影響を調査すること。
• 減衰効果を適切に取り入れることで、Intravaia、Behunin、Dalvitらの結果と整合性をとること。
• 従来、平行平板系に用いられてきたKubo形式のアプローチを、放射性減衰を含む粒子-半無限空間幾何構造へと拡張すること。

提案手法

• 零温度下における極性粒子と誘電体半無限空間の間の摩擦力を計算するため、Kubo形式の適用。
• 粒子の運動に放射性減衰効果を組み込むために、修正された極効率テンソルの導出。
• 誘電体半無限空間の存在に起因する原子極効率の修正を、エネルギー散逸を考慮して導出。
• 線形応答理論を用いて、摩擦力を遅延相互作用およびスペクトル関数に関連づける。
• Pendry、Volokitin & Persson、Barton、およびIntravaiaらの先行研究と比較し、一貫性を検証。
• 境界条件に整合するように、修正された極効率を用いて摩擦力を明示的に計算し、自己整合性を保証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 放射性減衰は、零温度下における極性粒子と誘電体半無限空間の間のカシミール摩擦力にどのように影響を与えるか？
• RQ2 なぜ以前の理論的アプローチは、この系に対して一見不一致した結果をもたらしたのか？
• RQ3 減衰を含めた状況下でも、Kubo形式を粒子-半無限空間幾何構造に一貫して適用可能か？
• RQ4 半無限空間に起因する修正された原子極効率が、Intravaia、Behunin、Dalvitの結果をどの程度再現できるか？
• RQ5 この配置におけるカシミール摩擦の不一致した結果を統一的に解消する理論的枠組みは存在するか？

主な発見

• 放射性減衰の組み込みにより、粒子の応答におけるエネルギー散逸を適切に反映した修正された原子極効率が得られた。
• 放射性減衰を組み込んだ摩擦力の計算結果は、Intravaia、Behunin、Dalvitらの結果と本質的に一致した。
• 本手法により、異なる近似法や境界条件を用いた以前の理論的アプローチ間の不一致が、うまく解消された。
• 摩擦力は、粒子の減衰率および半無限空間の誘電率特性に敏感であり、修正された極効率によって正しく記述された。
• Kubo形式が、真空中の揺らぎと散乱を伴う非平衡量子系に適用可能であることが確認された。
• 本研究は、カシミール摩擦計算において、減衰の取り扱いを一貫的に行うことが、信頼性の高い比較可能な結果を得るために不可欠であることを示した。