[论文解读] 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 3

一句话总结

本文研究了零温下极化粒子与介电半无限空间之间的卡西米尔摩擦，通过Kubo形式主义引入辐射阻尼。推导了由于半无限空间存在而引起的修正原子极化率，并与Intravaia、Behunin和Dalvit的先前结果基本一致，通过一致的阻尼处理解决了早期方法中的不一致性。

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.

研究动机与目标

• 解决零温下极化粒子与介电半无限空间之间卡西米尔摩擦计算中的不一致问题。
• 研究辐射阻尼在量子真空中涨落中对摩擦力的修正作用。
• 通过正确考虑阻尼效应，与现有理论结果（特别是Intravaia、Behunin和Dalvit的结果）保持一致。
• 将先前用于平行平板系统的Kubo形式主义方法扩展至包含辐射阻尼的粒子-半无限空间几何构型。

提出的方法

• 应用Kubo形式主义计算零温下极化粒子与介电半无限空间之间的摩擦力。
• 通过修正的极化率张量将辐射阻尼效应纳入粒子的动力学中。
• 推导由介电半无限空间引起的修正原子极化率，同时考虑能量耗散。
• 利用线性响应理论将摩擦力与推迟相互作用及谱函数联系起来。
• 与先前工作（包括Pendry、Volokitin & Persson、Barton以及Intravaia等人）的结果进行比较，以验证一致性。
• 通过修正极化率显式计算摩擦力，确保与半无限空间边界条件的自洽性。

实验结果

研究问题

• RQ1 辐射阻尼如何影响零温下极化粒子与介电半无限空间之间的卡西米尔摩擦力？
• RQ2 为何先前的理论方法对此系统得出看似不一致的结果？
• RQ3 Kubo形式主义能否在包含阻尼的粒子-半无限空间几何构型中一致应用？
• RQ4 由半无限空间引起的修正原子极化率在多大程度上重现了Intravaia、Behunin和Dalvit的结果？
• RQ5 是否存在一个统一的理论框架，能够调和此构型下卡西米尔摩擦的分歧结果？

主要发现

• 引入辐射阻尼后，原子极化率被修正，能够正确描述粒子对真空场响应中的能量耗散。
• 在引入辐射阻尼后计算出的摩擦力，与Intravaia、Behunin和Dalvit的结果基本一致。
• 该方法成功调和了不同理论方法之间的早期不一致，特别是基于不同近似或边界条件的方法。
• 摩擦力对粒子的阻尼率以及半无限空间的介电性质敏感，这一特性由修正的极化率准确捕捉。
• 结果证实了Kubo形式主义在涉及真空涨落与耗散的非平衡量子系统中的有效性。
• 本研究表明，对阻尼进行一致处理对于获得可靠且可比较的卡西米尔摩擦计算结果至关重要。