基于真空极化效应的量子等离子体中波传播特性的研究.pdf
中文摘要
极端条件下产生的新物理现象,一直是科研工作者重点关注的课题。真空在强
场的作用下,会表现出一些特殊的性质,真空极化效应就是其中的一个基本物理效
应。对真空极化效应的物理本质、过程和效应的研究,可以为人类探索浩瀚宇宙中
的天体提供理论基础。本文基于量子磁流体动力学模型(Quantum
Magnetohydrodynamicsmodel,QMHD)和包含量子效应修正项的Maxwell方程组,
研究量子等离子体中的线性波,以及在真空-量子等离子体界面上表面波的传播特性,
探究量子效应对波传播特性的影响。本文主要包括以下三个研究内容:
一、研究了波矢量平行和垂直于外磁场的静电波、波矢量平行和垂直于外磁场
的电磁波的色散关系。在研究上述线性波的传播特性时,首次考虑真空极化效应的
贡献。研究发现Langmuir振荡和上杂化振荡可以在冷等离子体中传播是由于量子效
应的作用。真空极化效应可以改变L波和R波的传播。该项研究能够进一步扩展在
量子等离子体中高频波的行为的理论研究。
二、研究在真空-量子磁等离子体界面上表面波的传播特性时,首次考虑真空极
化效应的影响,并分波矢量平行或垂直于外磁场两种情况推导出表面波的色散关系。
研究发现真空极化效应对表面波传播的影响主要表现在对等离子体频率的改变上。
该研究结果还为在超强磁场中能量传输的损耗这一实验研究提供了重要的理论参
考。
三、研究强场诱导的真空极化效应和自旋效应对表面波传播特性的影响。研究
发现真空极化效应和自旋效应可以提升表面波的传播速度。但与自旋效应相比,真
空极化效应仅在超强磁场中才能产生相对显著的影响。该项研究能够为数据传输、
微电子和纳米电子器件等提供了理论依据。
本文的研究结果是对现阶段致密天体中量子等离子体理论研究的扩展,对研究
磁化量子等离子体中波的物理特性有一定的帮助。并且本文的所有结果都是基于脉
冲星磁层等致密天体的环境条件进行研究的,因此也为将来人类对中子星的探究提
供了有效参考。
关键词:等离子体;量子效应;线性波;表面波
I
ABSTRACT
Newphysicalphenomenaproducedunderextremeconditionshavealwaysbeenthe
focusofscientificresearchers.Undertheactionofstrongfield,vacuumwillshowsome
specialproperties.Thevacuumpolarizationeffectisoneofthebasicphysicaleffects.The
studyofthephysicalnature,processandeffectofvacuumpolarizationcanprovidea
theoreticalbasisforhumanexplorationofcelestialbodiesinthevastuniverse.Basedon
quantummagnetohydrodynamicmodelandMaxwell’sequationsmodifiedbyquantum
effects,thepropagationcharacteristicsoflinearwavesinquantumplasmaandsurface
wavesatthevacuum-quantumplasmainterfaceareanalyzedanddiscussedinthispaper.
Thispapermainlyhasthefollowingthreeresearchcontents:
Firstly,thedispersionrelationshipbetweenwavevectorparallelandstaticwave
perpendicularto