超冷偶极玻色气体的基态和动力学性质

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mabimabide
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随着激光冷却技术的发展,1995年实验上首次在碱金属原子气体中实现了玻色-爱因斯坦凝聚。这开创了超冷原子物理的研究领域,其中一个重要的研究方向是玻色-爱因斯坦凝聚体中的偶极效应。与短程各向同性的接触相互作用不同,长程各向异性的偶极相互作用使得偶极凝聚体具有更加丰富的性质。   本文中,我们研究了偶极玻色气体的平衡态和动力学性质。首先基于平均场理论,我们用Gross-Pitaevskii方程研究了束缚在谐振子势阱中的偶极玻色气体的基态性质。由于偶极相互作用的部分吸引的特性,当偶极相互作用强度超过一定临界值时,系统总是会出现不稳定。基于此,我们系统地研究了不同相互作用参数下基态的稳定性,并且给出稳定性相图。在相互作用参数平面内,只有当相互作用参数进入某个分立的区域时,基态波函数的空间密度分布才会出现振荡。然后通过研究有空间密度振荡的基态波函数的自由膨胀过程,我们发现空间密度振荡可以在自由膨胀中观察到。   以上的数值结果显示,在雪茄状势阱中,当基态波函数的空间密度分布出现哑铃形状的结构时,平均场有效势是双势阱形状。根据这个结论,我们进一步研究偶极玻色气体的碎片凝聚现象。此前人们对于偶极玻色气体的研究兴趣主要集中于所有粒子都凝聚在单粒子基态上形成的单个凝聚体。这里我们用玻色子的多轨道含时Hartree方法研究了束缚在谐振子势阱中的偶极玻色气体的碎片凝聚现象。我们发现在排斥的相互作用下,基态更容易形成碎片凝聚体,并且偶极相互作用可以进一步增大基态的碎片度。特别地,我们发现碎片凝聚体的形成与单粒子和双粒子的交换相互作用能有关。   为探索各向异性的偶极相互作用对基态形成碎片凝聚体的影响,在准二维近似下,我们研究双势阱束缚下的偶极玻色气体的基态。当偶极子与z轴有一个夹角时,偶极相互作用在x-y平面表现出各向异性。当夹角超过一定临界值时,系统从初始的完全碎片凝聚体转变为单个凝聚体。另外,我们发现在完全的碎片凝聚体中,只有长程各向异性的偶极相互作用时,动力学过程中有类似于干涉条纹的图样出现,因此偶极效应能够在动力学过程中探测到。
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