偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中孤子相互作用特性研究

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孤子的相互作用呈现了丰富的动力学行为,一直是人们的研究热点。近年来,实验上相继实现偶极玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)为相关研究提供了新的方向。组成偶极BEC的原子本身具有大磁偶极矩,这导致了偶极-偶极相互作用的出现。它是一种非局域相互作用,在实验上可以通过改变偶极子与外加磁场的方向来调节其大小,易调控的偶极-偶极相互作用为BEC、简并费米气体、强相关原子气体、量子计算和超冷化学等领域带来了全新的物理学。科学家对偶极凝聚体中的亮孤子、暗孤子和涡旋等许多结构及其相互作用已经进行了研究,我们期待本文中偶极效应对孤子及其相互作用影响的结果,能够丰富人们对偶极-偶极相互作用的认识。在本文中,我们结合分步Crank-Nicolson方法和虚时演化方法得到亮孤子的密度分布,再使用分步傅里叶方法模拟凝聚体的演化,研究了准一维偶极BEC中偶极效应对孤子之间的相互作用特性的影响以及非弹性相互作用的物理机制。首先,我们探究了较弱偶极强度时两个物质波孤子的碰撞动力学。对于偶极孤子初始速度较大的情形,它们仍然表现出弹性相互作用的性质;有趣的是,当初始速度较小时,偶极孤子的相互作用是非弹性的,这与在非偶极凝聚体中的弹性相互作用不同。两个偶极孤子碰撞过程中会出现分裂和融合的现象,并且相位差对其有较大影响;我们重点关注偶极强度对孤子分裂和融合的影响,研究运动孤子过程中的能量变化,并分析其物理机制。其次,我们研究了强偶极强度对孤子之间相互作用性质造成的影响。两个偶极孤子以较大初始速度碰撞会产生两个呼吸孤子,这在非偶极凝聚体中是不会发生的。偶极强度和相位差对呼吸孤子的振幅、频率和原子数有较大影响,偶极效应在孤子碰撞过程中具有类势垒行为;接着我们研究了呼吸孤子产生原因及其相互作用特性,碰撞后孤子的不同部位有不同的加速度,随着时间变化孤子会变宽或变窄,进而形成呼吸孤子。与非偶极凝聚体相比,我们对偶极孤子的研究呈现了新的性质,并丰富了人们对偶极孤子相互作用特性的理解,为实验提供了理论参考。
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