双组份混合体系中孤子动力学特性的研究

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由于超冷原子凝聚体系中的各种参数可人为操控,人们对该体系中的宏观非线性集体现象进行了大量数值模拟。并且超冷原子凝聚体系也为研究其他物理领域中的奇特现象搭建了量子模拟平台,比如中子星模拟等等。本文采用数值模拟的方法,在不同相互作用参数下,对单组份、双组份费米量子体系中奇特宏观非线性集体现象——孤子的动力学特性进行了研究。1.单组份费米对凝聚体中孤子的动力学特性。我们研究了一维简谐势阱里费米对凝聚体中孤子的动力学特性。首先,基于超冷费米气体的含时宏观序参量方程,数值模拟发现:在BCS超流端,随着相互作用参数ζ增大或粒子数增大,孤子的峰值不断增大,孤子的宽度不断减小;在分子BEC端,随着相互作用参数ζ增大或粒子数减小,孤子的峰值不断增大,孤子的宽度不断减小。无论是在BCS超流端还是分子BEC端,孤子宽度随着相互作用参数ζ增大而减小,孤子峰值随着相互作用参数ζ增大而增大。但是BCS超流端的孤子峰值大于分子BEC端孤子峰值,BCS超流端的孤子宽度小于分子BEC端的孤子宽度。其次,采用非线性实时演化的方法对超冷费米气体中孤子的稳定性进行了分析。分析发现加上扰动后孤子依然能稳定传播。2.双组份玻色-费米混合气体中孤子的动力学特性。利用耦合含时非线性薛定谔方程组研究了准一维简谐势里双组份玻色-费米混合气体中孤子的特性及其演化。通过分别调节玻色组份内粒子间相互作用,费米组份内粒子间相互作用、以及玻色-费米组份间的相互作用,来研究费米组份在分子BEC端和BCS超流端时两组份中孤子的动力学特性。研究现象如下:(1)玻色原子数不变,增大费米原子数时,在BEC端:玻色组份中的孤子峰值变大且宽度变小,费米组份中的孤子峰值变小且宽度变大;在BCS超流端:玻色、费米组份中的孤子峰值都变大且宽度都变小。(2)费米原子数不变,增大玻色原子数时,在分子BEC端:玻色组份中的孤子峰值变小且宽度变大,费米组份中的孤子峰值变大且宽度变小;在BCS超流端:(a)当玻色原子数大于400时,随着玻色原子数增大,玻色组份中的孤子峰值变小且宽度变大,费米组份中的孤子峰值变大且宽度变小,(b)当玻色原子数小于400时,随着玻色粒子数增大,玻色、费米组份中的孤子峰值都变大且宽度都变小。(3)增大费米原子间散射长度的绝对值时,在分子BEC端(增大正的原子间散射长度):玻色、费米组份中的孤子峰值都变小且宽度都变大;在BCS超流端(增大负的原子间散射长度):玻色、费米组份中的孤子峰值都变大且宽度都变小。(4)当增大玻色与费米原子间负的散射长度时,费米组份无论在分子BEC端还是BCS超流端,玻色、费米组份中的孤子峰值都变大且宽度都变小。同时,采用非线性实时演化的方法分析费米组份在分子BEC端和BCS超流端时各组份中的静态孤子稳定性。分析结果表明即使给波函数乘以一个强扰动因子φ(x)→1.4491φ(x),各组份中的静态孤子都能稳定传播。
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