Fenômeno de interferência na densidade de energia em cavidades com duas fronteiras oscilantes

O primeiro objetivo do presente trabalho é calcular a força quântica exata que atua sobre as fronteiras de uma cavidade, bem como o comportamento exato da densidade de energia numa cavidade não estática, onde ambas as fronteiras executam movimentos prescritos arbitrários. O modelo considerado é o do campo escalar não massivo em 1 + 1 dimensões, sendo que o campo obedece à condição de Dirichlet em cada uma das fronteiras. Considerando o vácuo como estado inicial do campo, nós mostramos que a densidade de energia em um dado ponto do espaço-tempo pode ser obtida através do traçado de uma sequência de linhas nulas, conectando o valor da densidade de energia nesse ponto a um certo valor conhecido da densidade de energia em um ponto das “zonas estáticas”. O segundo objetivo é mostrar que para movimentos específicos das fronteiras, particularmente para os quais ambas voltam às suas posições iniciais em instantes múltiplos do comprimento inicial da cavidade, o método exato por nós obtido permite encontrar soluções analíticas escritas como uma expansão em série na variável que controla as amplitudes de movimento das fronteiras. Os resultados analíticos por nós obtidos são aplicáveis a uma vasta classe de movimentos, a qual inclui a grande maioria dos casos ressonantes estudados na literatura. O terceiro objetivo do presente trabalho é investigar, através dos métodos de cálculos desenvolvidos aqui, o fenômeno da interferência na energie e na densidade de energia em cavidades com duas fronteiras móveis, obtendo fórmulas genéricas para os termos de interferência respectivos.

ABSTRACT: We consider a real massless scalar field inside a cavity with two moving mirrors in a two-dimensional spacetime, satisfying Dirichlet boundary condition at the instantaneous position of the boundaries, for arbitrary and relativistic laws of motion. Considering vacuum as the initial field state, we show that the exact value of the the energy density in the cavity can be obtained by tracing back a sequence of null lines, connecting the value of the energy density at the given spacetime point to a certain known value of the energy density at a point in the region where the initial field modes are not affected by the boundaries motion. We obtain formulas for the energy density of the field and the quantum force acting on the boundaries. We also show that for a large class of movements, including resonant cases found in the literature, the exact method proposed here enable us to find analytical solutions written as series in the parameter that controls the amplitudes of the movements. Using these analytical solutions, we investigate the interference phenomena in the energy density and total energy stored in the cavity.