激发态介质的范德瓦尔斯相互作用

由基态原子构成的两介质之间的 Casimir 相互作用可借助依赖于介质介电常数的 Lifshitz 公式很好地描述。我们将表明，该公式对激发态原子与实验证据相矛盾。我们计算了两个原子中一个或两者均被激发时的 Casimir 力。我们采用专为该问题推导的量子电动力学方法。这使我们能够考虑原子的激发态辐射宽度。接着我们计算了激发态原子与基态原子介质之间的力。所得结果与其它作者使用微扰论或线性响应理论获得的结果一致。将我们的结果推广至两激发态原子介质之间相互作用的情形，得到了一个不仅在定量上、而且在定性上都与 Lifshitz 公式相矛盾的公式。若取基态原子介质，此矛盾消失。此外，我们的结果不包含介质的介电常数，而是包含一个仅在激发态原子时才与介电常数不同的量。我们结果的主要特征如下：该相互作用是共振的；力可表现为吸引或排斥，取决于不同介质原子的共振频率；Casimir 力的大小可能比 Lifshitz 公式所预测的值大数个数量级。此处提及的特征与多位作者就单个激发态原子与介电介质相互作用所获已知实验与理论证据一致。