量子混沌中的共振现象

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本论文主要研究了量子混沌中的共振现象。在量子混沌领域人们主要探索在经典世界普遍存在的确定性混沌运动在量子世界中的对应,即研究不可积混沌系统经典量子对应这一基本问题。这个问题最早由爱因斯坦在1917年已经提出,由于这个问题的复杂性,直到1970s才形成以“量子混沌”为名的研究领域。目前不可积经典量子对应的基本问题目前虽然还没有根本解决,但近年来由于理论上和实验上的突破,极大程度地推动了这个领域的发展。量子混沌的研究内容已得到极大拓展,不仅涉及不可积系统的经典量子对应问题,后来人们还探讨没有经典对应的量子系统及其普适动力学行为,发现了一些具有奇特量子效应的动力学行为。量子混沌的研究发展过程中,还被发现与其他领域紧密相关,如凝聚态物理、非平衡态物理、原子分子物理等。以受激转子系统为代表的量子混沌的研究特别是动力学现象的研究已经使人们对量子动力学的认识产生重大影响。量子共振现象是受激转子系统中发现的一类典型的动力学现象,长时间上量子系统的这类动力学现象与经典运动并不一致。该现象被发现与凝聚态中的超金属相对应,而该模型已经被冷原子实现。对它的研究具有重要的理论上和应用上的意义。即使人们之前对量子共振现象的研究已经有了丰富的研究成果,但本文对它进一步的研究却发现了更为普适的结果。  本论文对更一般受激转子系统进行研究,考虑系统具有不同的对称性的系统在共振条件下的动力学行为。发现受激转子系统中属于两个对称性普适类的系统分别对应两类普适的动力学行为。我们用场论方法解析得到这个结果并进行了数值验证。另外,我们还从随机矩阵理论出发得到了近似结果,这个结果与场论方法和数值方法的结果完全吻合,且量子共振动力学行为的普适类与随机矩阵理论给出的能谱统计的普适类是对应的。这预示着具有更多对称性普适类的系统可能存在更多对应的普适的量子共振行为。  本论文还进一步在量子共振条件下探索量子系统可能存在的更多的波包动力学行为。系统的能量扩散可以看成是角动量空间的波包动力学行为,而受激转子系统丰富的能量扩散的动力学行为使它成为探索量子系统波包动力学行为的良好模型。我们在量子共振条件下,通过设计适当的外场激励函数在量子双激转子系统中发现了超弹道扩散的新型动力学行为。我们分析给出了量子双激转子系统发生超弹道扩散的条件,并通过伪经典极限理论解释了量子双激转子系统超弹道扩散的动力学机制。
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