第十五届全国原子与分子物理学术会议投稿论文:粒子在 Hénon-Heiles势中的逃逸动力学模拟

利用庞加莱截面和相空间轨迹方法对粒子在Hénon-Heiles势中的逃逸动力学进行了模拟。粒子的动力学性质敏感地依赖于粒子的能量。数值计算表明当能量很小时，粒子的运动是规则的；随着能量的增加，粒子的运动开始出现混沌。当能量增加到鞍点能 时,几乎所有的相空间轨迹都是混沌的。当粒子的能量 , 粒子可以越过势阱发生逃逸。对于给定的大于 的能量, 我们画出了粒子的逃逸－时间曲线和逃逸轨迹。我们的研究对于研究混沌传输和逃逸动力学具有一定的参考价值。     

算法对混沌体系逃逸率的影响

以Hénon-Heiles体系为例，研究算法对混沌体系运动轨道和逃逸率计算结果的影响.比较了新发现的四阶辛算法和一种非辛的高阶算法得到的结果.发现两种算法给出的轨迹之间的距离随时间增大，增加的速度可以作为体系相空间混沌的度量.通过跟踪大数量的粒子轨迹，提取出了逃逸率随体系能量的变化.发现由两种算法得到的逃逸率相互符合得很好. 关键词： 逃逸率 Hénon-Heiles体系 辛算法     

二维Hénon-Heiles势及其变形势体系逃逸率与分形维数的研究

采用Chin和Chen的动力学算法追踪粒子在体系中的运动情况, 首次研究并对比了粒子在Hénon-Heiles体系与变形Hénon-Heiles六边形体系中的混沌逃逸规律, 在Hénon-Heiles体系中, 对于不同能量范围, 分形维数与逃逸率随能量而改变, 但在变形Hénon-Heiles六边形体系中, 仅在低能区分形维数与逃逸率随能量的改变而变化, 而高能区逃逸率和分形维数趋于稳定值. 并且得到普遍规律, 即不同混沌体系中粒子的混沌逃逸率和粒子逃逸的分形维数呈现较强的线性相关性. 因而分形维数可以作为工具研究混沌体系中粒子的逃逸规律, 在介观器件设计中可以通过研究混沌电子器件的分形维数来表征粒子在器件中的传输行为.     

Dicke模型的量子混沌和单粒子相干动力学特性

量子化的Dicke模型在非旋波近似条件下表现为量子混沌动力学特征.利用单粒子一阶时间关联函数,通过数值计算详细考察了Dicke模型中单粒子相干动力学特性.结果表明:当初始相干态处在混沌区域时,一阶时间关联函数曲线衰减较快,而当初始相干态处在规则区域时,一阶时间关联函数曲线衰减较慢,单粒子相干动力学对初态具有较强的敏感性,经典混沌抑制量子相干.考察单粒子相干动力学在相空间的平均演化性质,得到一种较好的量子经典对应关系.最后研究了相空间单粒子相干的整体动力学性质,更好地揭示了相空间的混沌和规则结构.     

双平行金属板间的里德堡氢原子的动力学性质

用相空间分析方法研究了双金属板间里德堡氢原子的动力学性质.结果表明：标度变换后,其动力学行为敏感地依赖于标度能量 .当标度能量 较小时,体系是近可积的,规则的,随着标度能量的增大,体系是不可积的,运动是混沌的,电子可能被金属表面俘获.     

Stadium型介观器件腔中粒子逃逸率的研究

本文研究了粒子在二维弱开口的Bunimovich Stadium型介观混沌器件中的逃逸规律.利用经典统计的方法,通过改变器件端口宽度、圆弧半径及器件腔长等参数,首次发现随器件各项参数变化的分形维数与粒子逃逸率趋势符合,并揭示了混沌体系的逃逸指数受器件形状的影响.统计并拟合了粒子逃逸率与粒子波数大小的关系,数值结果表明,粒子逃逸率与波数为二次函数关系,但逃逸率与能量大小不是严格的线性关系.进一步分析了在器件入口处粒子的衍射效应对粒子逃逸的影响,结果表明,衍射效应使粒子逃逸率增加,且粒子数的演化在时间较短时不再满足指数关系,长时间的演化再次满足指数衰减规律.     

高能质子-质子碰撞中反物质产生的能量依赖性

用部分子和强子级联模型与动力学约束相空间组合模型模拟高能质子-质子碰撞,得到反粒子和粒子的比值及相关数据,研究了高能质子-质子碰撞中反物质产生的能量依赖性。研究发现:在高能质子-质子碰撞中反粒子和粒子的比值随着质心能量的增加而增加;当质心能量大于200 Ge V时,其比值逐渐趋近1;而不同的正反粒子的平均横动量随着质心能量的增加都快速增加。我们用模型模拟得到的结果与已有的STAR、ALICE等实验组的数据基本一致。     

粒子在二维开放型四分之一圆形微腔中的逃逸研究

利用半经典理论对粒子在开放型四分之一圆形微腔中的逃逸过程进行了研究,推导出了逃逸几率密度的计算公式.我们研究了一簇从四分之一圆形微腔的左下方的入口出射、并从该微腔右边界逃逸的粒子轨迹.对于粒子的每一条逃逸轨迹,记录下它的传播时间和逃逸的位置.结果发现逃逸时间图随着逃逸点的位置的变化曲线呈现出振荡结构.随着碰撞次数的增加,逃逸点的位置越靠近该腔的右顶端.对一系列的探测点,找到从源点出发到达探测点的轨迹,然后应用半经典理论来构造波函数,进而给出逃逸几率密度的计算公式.研究结果标明,逃逸几率密度与探测平面上逃逸点的位置、粒子的动量、初始出射角及与微腔的碰撞次数有关.为了更清楚的看出量子力学和经典力学之间的联系,我们对体系的半经典波函数进行傅里叶变换,给出了粒子的路径长度谱.路径长度谱的每个峰值对应于一条粒子逃逸轨迹的长度.本文的研究对理解量子力学和经典力学之间的联系以及研究粒子在微腔中的的逃逸和输运过程有一定的参考价值.     

基于小波变换的混沌信号相空间重构研究

应用小波变换和非线性动力学方法研究了混沌信号在相空间中的行为，指出混沌时间序 列的小波变换实质上是在重构的相空间中，混沌吸引子向小波滤波器向量所张的空间中的投 影，与Packard等人提出的相空间重构方法本质上是一致的.实验结果表明，混沌信号经过 小波变换后，吸引子轨迹与原有轨迹具有相似的结构，同时，系统的关联维数、Kolmogorov 熵等非线性不变量仍然得到保留.这些结果表明，利用小波变换研究混沌信号是有效的. 关键词： 小波变换 相空间重构 混沌信号 脑电信号     

螺线管透镜的三级李映射

用李代数方法分析了带电粒子在螺线管透镜中的运动,得到六维相空间中粒子轨迹的三级近似解,并包含了运动的相对论效应.当需要时,还可以扩展到更高级像差.     

RFQ的束流动力学设计研究

本文评述了RFQ直线加速器对于加速低β粒子的重要优越性。给出了它的近轴区内高频电场的分布及粒子运动方程。叙述了束流的俘获效率及纵向相空间分布对于RFQ参数及注入能量的依赖关系。给出了750keV质子RFQ加速器的动力学设计研究。     

高能碰撞中的间歇与混沌

通过研究随机级联α模型,证明了对于固定的动力学起伏强度,多粒子末态相空问有间歇现象,但是没有混沌现象.只有当不同事件的动力学起伏强度不同时才能同时观察到多粒子末态的间歇与混沌行为.这说明,在高能碰撞中,分形与混沌是两个相互联系但又不同的非线性动力学性质.     

偏心环形开放台球中粒子逃逸动力学的分形性质

二维台球体系因为能够体现混沌现象的基本特征且数值运算相对简单,从而成为研究微观体系混沌动力学的理想模型,近年来一直广受关注.本文研究非同心的环形开放台球中粒子逃逸的混沌动力学性质,它体现了与初条件密切相关的奇异性.采用简化的盒计数 (box-counting)算法,计算了分形维数,结果定量地反映了粒子逃逸前与环壁碰撞次数随粒子入射角变化的函数关系.其中,特别关注环形台球的偏心率对体系混沌性质的影响.     

道路交通流状态的多参数融合预测方法

针对道路交通流普遍存在的混沌特性以及单交通参数不足 以全面反映交通流状态的实际情况,考虑交通动力学系统中多个 交通参数之间的关联关系,提出一种新的多参数混沌时间序列预 测算法.该算法在相空间重构理论的基础上,借助Bayes估计将多个参数在 同一高维相空间中进行相点最优融合,从而增加重构相空间的系统信息量, 使得相空间的相点轨迹更加逼近原交通系统的动力学行为.同时借鉴单 参数混沌时间序列预测方法,从不同角度对动力学系统的运动状态进行描 述,以实现多参数时间序列的混沌预测.实验结果表明,通过融合多交通参数时 间序列,获得了更加完整的交通流状态变化特征.与单交通参数时间序列的预测 结果相比,其预测误差显著降低,均衡系数相应增大,提高了交通流状态预测的准确率.     

圆内开缝圆自然对流的Ruelle-Takens混沌道路

使用热格子Boltzmann方法针对圆内开缝圆自然对流的流动与换热进行数值模拟,通过相空间、功率谱等进行非线性动力学特性分析,研究其流动与换热的稳定性.结果表明：随着瑞利数Ra的增加,流场的相图从开始稳定的平衡点经历Hopf分岔后转变为极限环,表明流场进入一个倍周期性振荡状态;随着瑞利数进一步增加,稳定的极限环分岔为二维环面,系统相空间结构复杂化;当瑞利数Ra大于某一临界值时,二维环面分岔突变进入混沌状态,系统在相空间中出现非常复杂的轨线结构.总体上,通过系统不同瑞利数所对应的非线性动力学特性的表现形式,表明系统经过Ruelle-Takens道路到达混沌,展现出自然对流从稳定的流动和换热发展到非线性运动特征的混沌历程.     

粒子在二维开放型四分之一圆形微腔中的逃逸研究

利用半经典理论对粒子在开放型四分之一圆形微腔中的逃逸过程进行了研究,推导出了逃逸几率密度的计算公式。我们研究了一簇从四分之一圆形微腔的左下方的入口出射、并从该微腔右边界逃逸的粒子轨迹。对于粒子的每一条逃逸轨迹,记录下它的传播时间和逃逸的位置。结果发现逃逸时间图随着逃逸点的位置的变化曲线呈现出振荡结构。随着碰撞次数的增加,逃逸点的位置越靠近该腔的右顶端。对一系列的探测点,找到从源点出发到达探测点的轨迹,然后应用半经典理论来构造波函数,进而给出逃逸几率密度的计算公式。研究结果标明,逃逸几率密度与探测平面上逃逸点的位置、粒子的动量、初始出射角及与微腔的碰撞次数有关。为了更清楚的看出量子力学和经典力学之间的联系,我们对体系的半经典波函数进行傅里叶变换,给出了粒子的路径长度谱。路径长度谱的每个峰值对应于一条粒子逃逸轨迹的长度。本文的研究对理解量子力学和经典力学之间的联系以及研究粒子在微腔中的的逃逸和输运过程可以提供一定的参考价值。     

两相流相空间多元图重心轨迹动力学特征

本文提出了一种新的混沌时间序列高维相空间多元图重心轨迹动力学特征提取方法. 在确定了最佳嵌入维数和延迟时间后, 将相空间中高维矢量点映射到二维平面的雷达图上, 相应地将相空间中高维矢量点变换为对应的几何多边形. 通过提取几何多边形的重心位置得到重心轨迹动力学演化特性, 并利用重心轨迹矩特征量区分不同性质的混沌时间序列. 在此基础上, 处理分析了气液两相流电导传感器动态信号, 发现高维相空间多元图重心轨迹矩特征量不仅可以辨识泡状流、段塞流和混状流, 而且为流型动力学演化机理提供了新的分析途径.     

HOCl分子高激发振动态的动力学势研究

通过研究HOCl分子高激发振动态的动力学势, 明确了该体系的动力学特点. 研究表明, 在O-Cl伸缩模式和H-O-Cl弯曲模式间存在2:1 Fermi共振的动力学模型下, H-O伸缩振动模式对于上述两种振动模式的动力学势有显著影响, 且这种影响随Polyad数呈现有规律的变化. 作为定量研究, 还研究了Polyad数为24时该分子体系的动力学势与各能级的相空间轨迹. 分析表明, 相空间轨迹与动力学势中的动力学不动点有很好的对应关系. 此外, 将该Polyad数下的动力学势中的能级按照相空间轨迹的作用量积分进行分类, 明确了这些能级所处的量子环境.     

行波管放大器中的电子混沌现象

用自洽方程模拟了波-粒相互作用过程中的电子混沌行为.结果表明：随着电流的增大，电子在相空间的运动轨道将变得混沌，混沌轨道受失谐量的影响.在时间上，电子混沌比场的极限环和混沌振荡出现要早.与场出现极限环振荡的电流阈值相比,出现电子混沌的电流阈值要小；在场呈极限环状态的“软”非线性区域，电子的混沌轨道占据大部分相空间；而在场混沌的“硬”非线性区域，混沌轨道则弥漫在整个相空间.当电流一定时,电子的混沌运动图样是不变的；在一定的电流范围内， 场的极限环和混沌振荡特征是确定的， 但它们的输出功率是不确定的. 关键词： 行波管放大器 电子混沌 相空间轨道 非线性相互作用     

三体散射的动力学

研究非线性相互作用的一维三原子集团之间的散射动力学,揭示随着系统能量的增加依次出现的混沌散射、非完全弹性散射、完全弹性散射现象,研究内部动力学属性,特别是混沌运动行为与散射行为之间的关系,解释混沌散射不可预测性的机制.