Автореферат (1149765)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Санкт–Петербургский государственный университет»На правах рукописиШухободская Дарья ЮрьевнаМодели взаимодействия квантовополевыхсистем с пространственно-временныминеоднородностями01.04.02 – Теоретическая физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико–математических наукСанкт–Петербург – 2015Работа выполнена в Санкт–Петербургском государственном университетеНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,старший научный сотрудник,профессор кафедры физики высокихэнергий и элементарных частицСанкт-Петербургскогогосударственного университетаАнтонов Николай ВикторовичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,доцент по кафедре общей физики,профессор Российскогогосударственного педагогическогоуниверситета им.
А. И. ГерценаГаврилов Сергей Петрович,доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудникСанкт–Петербургского ОтделенияМатематического Институтаим. В. А. Стеклова РАНДеркачев Сергей ЭдуардовичВедущая организация:Объединенный Институт Ядерных Исследований, ДубнаЗащита состоится « 17 » сентября2015 г. в : на заседании диссертационного совета Д 212.232.24, созданного на базе Санкт–Петербургского государственного университета, по адресу: 199004, Санкт–Петербург, Среднийпр., В.О., д.
41/43, ауд. 304С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького СПбГУ и на сайте Санкт-Петербургского государственного университетаhttp://spbu.ru/science/disserАвтореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного совета,д.ф.-м.н.»2015 г.Аксёнова Елена Валентиновна3Общая характеристика работыСущественное улучшение качества экспериментальной техники, произошедшее за последние годы, позволило с высокой степенью точности измерить характеристики эффекта Казимира (ЭК), теоретически предсказанного им в 1948 году [9]. Это эмпирически подтвердило существование нанофизики, как особой области физическихявлений, и стимулировало возросший интерес к ее исследованиям. В 2004впервые был получен графен – двумерный кристалл, обладающий большойтеплопроводностью, а также весьма специфическими электрофизическими имеханическими свойствами.
Результаты их экспериментальных исследованийпослужили основой разработки различных теоретических концепций в области физики двумерных материалов. В них, как и в теории Казимира, наиболее важным и общепризнаным для нанофизики является предположениео существенном влиянии квантовых законов на макроскопические свойстваисследуемого объекта. Оно служит основой использования квантовополевыхподходов при построении моделей.Об актуальности экспериментальных и теоретических исследований нанофизических эффектов может свидетельствовать вручение в 2010 году Нобелевской премии А.
К. Гейму и К. С. Новосёлову за «передовые опыты с двумерным материалом — графеном» и премии Спинозы в 2013 году М.И. Кацнельсону (M.I. Katsnelson) за теоретические работы по исследованию свойствграфена. За «теоретическое предсказание и экспериментальное открытие топологических изоляторов» Д.
Халдану, Ч. Кейну и Ш. Чжану (Duncan Haldane,Charles Kane, Shoucheng Zhang) былы присуждены Медаль Дирака (2012 г.)и Премия по фундаментальной физике (2013 г.). В электрофизических свойствах топологических изоляторов, также как и в квантовом эффекте Холла,в плазмон-поляритонных эффектах, в свойствах тонких пленок и напыленийпроявляется особая физика двумерных материалов. Ее знание крайне необходимо для разработки современных технологий, создания новых материалов,а также различных устройств в наноэлектронике и микромеханике. Предлагаемые в диссертации методы моделирования и исследования взаимодействиядвумерных поверхностей с квантовополевым вакуумом могут внести существенный вклад в построение общей теории физики двумерных материаловна основе выявления ее фундаментальных нанофизических принципов.Степень разработанности темы исследования.
Хотя теоретическим исследованиям ЭК посвящено много работ, однако в них часто используются упрощенные модели свободной скалярной теории поля или свободного электромагнитного поля с фиксированными граничными условиями. ОниАктуальность темы исследования.4применимы для исследования только отдельных аспектов ЭK и многие важные особенности квантовой электродинамики в них не учитываются. Такиемодели не пригодны для полного описания широкого круга нанофизическихявлений, возникающих в системе в результате взаимодействия ее квантовыхстепеней свободы с материальными телами.В теоретических исследованиях физики двумерных материалов весьмапопулярна модель взаимодействия фотонного поля в обычном (3+1) мерномпространстве-времени с полем Дирака, сосредоточенным в занятой двумерным объектом области пространства. Эта модель, которую часто называютдираковской моделью (ДМ) использующие ее исследователи, калибровочноинвариантна и в этом отношении сходна с квантовой электродинамикой.
Однако в ДМ нет обычного электрон-позитронного поля во всем (3+1)-мерномпространстве-времени, поэтому она не пригодна для описания процессов с наличием электронов вне двумерного объекта. Хотя к настоящему времени приисследовании ДМ и моделей ЭК уже получено много важных результатов,законченной теории в области нанофизики пока не создано.Основой представленных в диссертации исследований служит подходСиманзика, в рамках которого взаимодействия квантованных полей с пространственной неоднородностью (дефектом), моделируется дополнительнымфункционалом действия (действием дефекта), сосредоточенным в той области пространства где эта неоднородность - макроскопический объект находится.
Важным предположением является также выполнение обычных требований, предъявляемым к квантовополевым моделям (локальность, перенормируемость, симметрийные свойства). Модели, построенные в рамках подходаСиманзика, основаны на фундаментальных принципах квантовой теории поля и применимы для описания широкого класса физических явлений.
Приэтом в них существенно ограничено число допустимых параметров, что упрощает процедуру экспериментальной проверки адекватности модели.Подход Симанзика оказался весьма плодотворным при моделированииразличных систем в области статистической физики, стохастической динамики, квантовой теории поля, поэтому есть все основания ожидать его эффективность в исследовании взаимодействия полей квантовой электродинамикис макроскопическими объектами и, в частности, с двумерными материалами.Целью диссертации являлось построение и исследование моделей взаимодействия квантованных полей с материальными телами, применимых дляописания широкого класса явлений.
В рамках подхода Симанзика планировалось рассмотреть задачу рассеяния электромагнитных волн на плоскости, вслоистой среде, построить и исследовать простую динамическую модель взаимодействия безмассового скалярного поля с движущимися навстречу друг5к другу параллельными плоскостями.
Предполагалось также построить модель взаимодействия спинорного поля в (3+1)-мерном пространстве-временис материальной плоскостью, исследовать процессы рассеяния на ней дираковских частиц, а также свойства локализованных вблизи нее состояний. Решение этих задач может использоваться для проверки применимости базисныхпринципов подхода Симанзика к исследованию нанофизических эффектовна основе сравнения результатов расчета их количественных характеристикс экспериментом.Научная новизна. Основные результаты, представленные в диссертиции, получены впервые, опубликованы в рецензируемых отечественных имеждународных научных изданиях.
К ним относятся:1. При исследовании процессов рассеяния электромагнитной волны наплоскости в модели с потенциалом Черна-Саймонса обнаружен эффект изменения ее поляризации.2. Для задачи взаимодействия движущихся плоскостей с безмассовымскалярным полем получены интегральные уравнения для теоретико-возмущенческого решения уравнений Эйлера-Лагранжа.3. Для слоистой среды Черн-Саймоновские константы взаимодействиявыражены через Холловские проводимости разделяющих слои плоскостей.Для всех возможных процессов распространения электромагнитных волн втрехслойной среде получены явные выражения для их амплитуд.4.
В рамках подхода Симанзика предложена модель взаимодействия спинорного поля с материальной поверхностью. В ней проведены расчеты характеристик рассеяния дираковской частицы на плоскости, а также исследованысвойства локализованных вблизи нее состояний.Теоретическая и практическая значимость. На основе анализабазисных физических принципов квантовой теории поля разработаны методы моделирования макроэффектов, в которых проявляются квантовые механизмы фундаментальных взаимодействий элементарных частиц.
В рамкахквантовой электродинамики построены модели взаимодействия с квантованными полями протяженных двумерных объектов, в которых учитываютсясвойства материалов. Из-за существенного изменения свойств квантово-полевого вакуума макрообъектами могут возникать весьма необычные явления:эффект Казимира, дробный эффект Холла, высокотемпературная сверхпроводимость, электропроводность топологических изоляторов и многое другое.Порождающие их механизмы формируются особой нанофизикой на масштабах от 10 до 10000 нанометров. В этой области, которая к настоящему времениеще мало изучена, проявляются как классические, так и квантовые физические закономерности.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
