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弯曲时空中受限量子标量场的演化。第二部分:任意同步规范下具有移动边界的时空。

Evolution of confined quantum scalar fields in curved spacetime. Part II: Spacetimes with moving boundaries in any synchronous gauge.

作者信息

Barbado Luis C, Báez-Camargo Ana L, Fuentes Ivette

机构信息

Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation, Fakultät für Physik, Universität Wien, Boltzmanngasse 5, 1090 Vienna, Austria.

Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Boltzmanngasse 3, 1090 Vienna, Austria.

出版信息

Eur Phys J C Part Fields. 2021;81(10):953. doi: 10.1140/epjc/s10052-021-09737-x. Epub 2021 Oct 29.

DOI:10.1140/epjc/s10052-021-09737-x
PMID:34744505
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8553737/
Abstract

We develop a method for computing the Bogoliubov transformation experienced by a confined quantum scalar field in a globally hyperbolic spacetime, due to the changes in the geometry and/or the confining boundaries. The method constructs a basis of solutions to the Klein-Gordon equation associated to each compact Cauchy hypersurface of constant time. It then provides a differential equation for the linear transformation between bases at different times. The transformation can be interpreted physically as a Bogoliubov transformation when it connects two regions in which a time symmetry allows for a Fock quantisation. This second article on the method is dedicated to spacetimes with timelike boundaries that do not remain static in any synchronous gauge. The method proves especially useful in the regime of small perturbations, where it allows one to easily make quantitative predictions on the amplitude of the resonances of the field. Therefore, it provides a crucial tool in the growing research area of confined quantum fields in table-top experiments. We prove this utility by addressing two problems in the perturbative regime: Dynamical Casimir Effect and gravitational wave resonance. We reproduce many previous results on these phenomena and find novel results in an unified way. Possible extensions of the method are indicated. We expect that our method will become standard in quantum field theory for confined fields.

摘要

我们开发了一种方法,用于计算在全局双曲时空中,由于几何结构和/或约束边界的变化,受限量子标量场所经历的博戈留波夫变换。该方法为与每个固定时间的紧致柯西超曲面相关联的克莱因 - 戈登方程构建解的基。然后,它为不同时间的基之间的线性变换提供一个微分方程。当该变换连接两个时间对称允许进行福克量子化的区域时,它可以从物理上解释为博戈留波夫变换。关于该方法的第二篇文章致力于研究具有类时边界的时空,这些边界在任何同步规范下都不会保持静止。该方法在小扰动 regime 中特别有用,在该 regime 中它允许人们轻松地对场共振的幅度进行定量预测。因此,它为桌面实验中受限量子场这一不断发展的研究领域提供了一个关键工具。我们通过解决微扰 regime 中的两个问题来证明这种实用性:动态卡西米尔效应和引力波共振。我们以统一的方式重现了许多关于这些现象的先前结果,并发现了新的结果。文中指出了该方法可能的扩展。我们期望我们的方法将成为受限场量子场论中的标准方法。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/68b6/8553737/0bb407b286a4/10052_2021_9737_Fig1_HTML.jpg
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