相对论极端条件下物理现象的量子模拟

The combination of quantum mechanics and relativism is a basis of modern physics. Up to now, however, the experiments have not proved some predictions from quantum mechanics and relativism due to the conditional limit of experimental instruments. Quantum simulation may be a useful tool to understand and solve such a complex physical system and mechanism. In this subject, we will study quantum simulation of physical phenomena under ultrarelativistic limit, which will provide a theoretic basis and open up a new approach to some difficult and unachieving experiments for the present conditions.

量子力学和相对论的结合是现代物理学的基础,目前实验条件不足于证实量子力学和相对论的一些预言。量子模拟也许是理解和解决诸多复杂物理系统和物理机理最有力的手段。本课题将集中探讨相对论极端条件下物理现象的量子模拟，为一些在目前条件下难以实现或不能实现物理实验提供理论基础和开辟新途径。

使用满足相同量子力学规律可控物理系统去模拟另一个不可控的或不易控制的量子系统，称为量子模拟，它将可以研究许多困难的科学新问题，并将在众多科学领域给研究者提供一个宝贵的新工具及开辟新途径。. 中微子振荡和混合提供了超出标准模型之外物理信息，已成为物理学热点课题之一，特别是中微子振荡和混合的研究为检验CPT对称性及破坏提供了实验场地。但是由于实验条件和方法限制，有些重要实验数据不能直接从高能物理实验得出，因此模拟成为重要的物理手段和工具。. 本项目首先建议了使用俘获离子去测量中微子的微量电荷,然后通过中微子振荡和混合过程模拟了物理系统的CPT对称性破坏。为高能物理研究提供了另一线索，同时探讨怎样保持中微子振荡和混合在物质传播过程中的物理相干性机制为中微子通信打下基础。.(1）我们探论了用俘获耦合离子系统去模拟中微子的电磁学性质。这个方法可能可以探测中微子所具有的微量电荷。.(2）真实的物理系统为量子开放系，研究考查多个量子开放系统后，提出了自己的量子开放系统几何相位的定义。 .(3）模拟了CPT对称性自发破缺机制 ,我们发现Mexican帽（即双谷结构，谷的深度明显跟中微子的演化时间和物质势有关，类似于自发对称性破缺）现象，因此可以用该物理量去模拟中微子振荡和混合过程中的CPT对称性自发破缺机制。 .(4）用几何相位去模拟CPT对称性破缺现象,我们发现几何相位随时间演化会出现双峰或单峰结构，为探索CPT对称性与破缺提供了另一途径。有益于去分辨中微子的属性，即中微子是狄拉克（Dirac）粒子还是马约拉纳（Majorana）粒子。.(5）建议的实验模拟 ，我们建议了用核磁共振系统去模拟中微子振荡和混合过程。这样可以克服高能物理实验条件的限制，探讨中微子振荡和混合过程的CPT对称性破坏现象。可能有益于在目前实验条件下获得CPT对称性破坏的模拟实验数据。