玻色-爱因斯坦凝聚简介

近年来，有关玻色一爱因斯坦凝聚Bose—Einstein condensation（BEC）实验研究取得了一系列重要成果。本文简述了玻色一爱因斯坦凝聚的由来、研究进展和相关实验实现，并对BEC的应用做了概括性介绍。     

“玻色——爱因斯坦”已“提速”

印度人玻色(1897—1974)和德裔美国人爱因斯坦(1879—1955),是20世纪的两位物理学家。上世纪初,在黑体辐射和光电效应的研究中诞生了量子概念,光的量子被称为光子。1924年,玻色提出黑体辐射是光子理想气体的观点,他研究了“光子在各能级上的分布”问题,以     

二维囚禁广义玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚

应用广义玻色-爱因斯坦分布函数研究在幂函数外势中二维广义玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC),导出二维广义玻色气体的临界温度、基态粒子占据率和热容量等物理量的解析表达式,讨论了非广延参数q对玻色系统热统计性质的影响.     

反抛物势与双光晶格势中的三维玻色-爱因斯坦凝聚涡旋孤子

提出了一种处理囚禁于反抛物势和双光晶格复合势中玻色-爱因斯坦凝聚涡旋孤子动力学的能量密度泛函和直接数值仿真相结合的方法.利用静态Gross-Pitaevskii方程和柱对称玻色-爱因斯坦凝聚涡旋孤子试探波函数,给出了玻色-爱因斯坦凝聚静态涡旋孤子能量密度泛函的解析式,再运用数值模拟含时Gross-Pi-taevskii方程的方法,得到了稳定演化的涡旋孤子;并且通过调控双光晶格势,实现了玻色-爱因斯坦凝聚涡旋孤子从某一晶格势槽为初始位置到任意位置的操控,为玻色-爱因斯坦凝聚的实验和应用研究提供了一定的理论依据.值得指出的是,双涡旋孤子的稳定演化与操控是最重要的发现.     

两分量BEC中集体激发阻尼的HFB平均场理论公式

文章建立了用于研究两分量玻色-爱因斯坦凝聚(Two-component Bose-Einstein condensates,简称2BECs)中集体激发阻尼的理论框架,研究系统中存在的两种不同的玻色子。该框架基于哈特里-福克-博戈留波夫(Hartree-Fock-Bogoliubov,简称HFB)平均场理论近似,通过推导,将单分量BEC(简称1BEC)的框架完整地推广到2BECs。HFB平均场理论现已经较好地应用于1BEC的研究中,而文章的推导有助于推动2BECs的研究。     

复合势中的玻色一爱因斯坦凝聚孤子的操控

提出了一种处理在光晶格势和抛物势共同作用下的玻色-爱因斯坦凝聚孤子动力学的拓展变分法．利用拓展变分方法给出了玻色．爱因斯坦凝聚孤子的解析处理,并和基于分步傅立叶变换的直接数值方法进行比较,发现这种拓展变分方法能够充分揭示上述外势场中的玻色．爱因斯坦凝聚孤子的动力学行为．同时,给出了能支持多稳定晶格囚禁玻色一爱因斯坦凝聚孤子的多晶格稳定势槽,并通过调控光晶格势实现了玻色一爱因斯坦凝聚孤子从某一稳定晶格势槽为初始位置到任意位置的操控．这为玻色一爱因斯坦凝聚的实验和应用研究提供了一定的理论依据．     

2001年诺贝尔物理奖、化学奖及生理学或医学奖揭晓

受聘于美国麻省理工学院的德国科学家沃尔夫·科特勒 (Wolfgang Kettrle)、美国科罗拉州玻尔德交叉科学研究中心的卡尔·维曼 (Carl E.Wiemen)和美国国家标准与技术研究所的埃里克·康奈尔 (Eric A.Cornell) ,他们根据玻色 -爱因斯坦理论成功地发现了新的物质状态——玻色 -爱因斯坦凝聚态 (BEC) ,从而分享了本年度的诺贝尔物理奖。美国加利福尼亚斯克里普斯研究所科学家巴里·夏普莱斯 (Barry Sharpless)与美国密苏里州圣路易斯市孟山都公司的威廉·诺尔斯 (Willian Knowles)和日本名古屋大学的野依良治 (Ryoji Noyon) ,因发展了催…     

玻色—爱因斯坦凝聚与光子气体

本文一般地讨论了理想玻色气体的空间维度和能谱对玻色-爱因斯坦凝聚的影响,并用玻色爱因斯坦凝聚解释了光子气体的特殊性质,有助于较深刻地理解光子气体的物理内容。     

玻色-爱因斯坦凝聚态间的光学介导纠缠

着重研究了一种在玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein Condensate,BEC)之间产生光学介导纠缠的方案.该方案使用量子非破坏性哈密顿量,并将BEC置于马赫-曾德(Mach-Zehnder)构型中.结果表明,通过对光进行测量,可以诱导产生纠缠态.还特别分析了纠缠态在退相干作用下的效应.研究表明,该纠缠态的行为表现对于原子与光的作用时间较为敏感:当相互作用时间■时,该纠缠态相对稳定;当相互作用时间■时,该纠缠态则相对脆弱.     

基于标度理论求解两分量玻色-爱因斯坦凝聚集体激发模

文章基于标度理论研究了两分量玻色-爱因斯坦凝聚的集体激发模。首先从耦合流体力学方程组出发,对两分量玻色-爱因斯坦凝聚的粒子数密度和速度场分别采用相应的标度假设,为了满足在不同分量相互作用下的标度假设,需在全空间做平均,最后得到柱对称下两分量玻色-爱因斯坦凝聚集体激发模的色散关系。     

三模激光驱动光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的精确Floquet态

利用平均场理论研究了一维的三模激光驱动光晶格中三组分玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates,BECs)的精确非定态解.从描述一维的三组分BECs系统的耦合Gross-Pitaevskii(GP)方程出发,利用原子间的平均场相互作用与外势之间的平衡条件,引入三个等效的相互作用系数,得到了一组等价的非耦合GP方程.结果表明,对于合适的参数区域,体系存在一种随时间和空间都呈周期性变化的Floquet态.分析和讨论了各组分BECs的粒子数密度、相位、粒子流速度以及粒子流密度的时间演化特性.     

2001年度诺贝尔物理学奖与玻色-爱因斯坦凝聚

简要介绍了2001年度诺贝尔物理学奖及其获得者--埃里克·科内尔,卡尔·维曼与沃尔夫冈·克特勒的有关研究工作;评述了玻色-爱因斯坦凝聚的实现及其应用.     

玻色-爱因斯坦凝聚体中的三角涡旋格子

 讨论了玻色-爱因斯坦凝聚体中的三角涡旋格子,从磁光阱里玻色-爱因斯坦凝聚体波函数满足的Gross-Pitaevskii方程求出三角格子的解,并简要解释了相关实验观察结果.     

从量子论到玻色-爱因斯坦统计

爱因斯坦对量子论的理论基础及其应用作了大量工作,玻色将对称性概念引入统计方法,他们是量子统计理论的先驱;特别是爱因斯坦对玻色-爱因斯坦凝聚的预言形成了凝聚态物理新的前沿方向.     

87Rb原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚体的产生和测量

报道了针对⁸⁷Rb原子气体设计的玻色-爱因斯坦凝聚体研究实验平台, 采用双磁光阱结构和QUIC磁势阱蒸发冷却的方法获得玻色凝聚体. 用吸收成像法分别对自由飞行和紧束缚状态下的玻色凝聚体进行了特性测量. 测量结果符合玻色凝聚体产生的判据, 证实了玻色-爱因斯坦凝聚体的相变过程, 获得了2×10⁵个原子的纯凝聚体.     

在周期边界条件下的类Casimir力

研究了在绝对零度下2个平行板之间周期边界条件下均匀稀释玻色爱因斯坦凝聚体中的类Casimir力,得到Bogoliubov色散关系的高阶修正项.计算中没有引入任何截断函数,获得了有限的结果.该结果有助于进一步了解玻色爱因斯坦凝聚体的物理机制,并且对Casimir效应和玻色-爱因斯坦凝聚的实验研究具有一定的参考价值.     

87Rb原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚体的产生和测量

报道了针对⁸⁷Rb原子气体设计的玻色-爱因斯坦凝聚体研究实验平台, 采用双磁光阱结构和QUIC磁势阱蒸发冷却的方法获得玻色凝聚体. 用吸收成像法分别对自由飞行和紧束缚状态下的玻色凝聚体进行了特性测量. 测量结果符合玻色凝聚体产生的判据, 证实了玻色-爱因斯坦凝聚体的相变过程, 获得了2×10⁵个原子的纯凝聚体.     

均匀相互作用玻色气体的凝聚温度

最近人们已经在实验中实现了相互作用玻色气体的玻色－爱因斯坦凝聚,相互作用玻色气体的凝聚温度是玻色－爱因斯坦凝聚问题中一个重要的热力学量,运用鹰势方法和巨正则分布,作者对盒子中相互作用玻色气全的凝聚温度给预了详细考察,研究表明凝聚温度的移动为δTc/Tc=-2.9an^1/3,此处a和n分别为两粒子的S波散射长度和粒子精密度。     

复合势下三维旋量玻色-爱因斯坦凝聚暗孤子及其自旋纹理

为了充分揭示复合势下三维旋量玻色-爱因斯坦凝聚暗孤子的动力学性质及自旋纹理结构,运用能量泛函方法和直接数值仿真耦合Gross-Pitaevskii方程组,在三维抛物势和二维高斯势组成的复合势下构造了多种带有不同拓扑结构因子稳定的自旋为1的三维铁磁态旋量玻色-爱因斯坦凝聚暗孤子,并分析了它们的动力学特性.选择其中一种暗孤子作为例子,分析了其在关键参量空间中的稳定性,得到了稳定性区域.然后通过计算暗孤子的自旋密度矢量,得到了指向自旋消失圆的三维环形自旋纹理结构和自旋密度矢量大小随空间变化的分布.这为更好地理解玻色-爱因斯坦凝聚的磁性性质提供了帮助,也为实验上实现三维旋量玻色-爱因斯坦凝聚暗孤子提供了理论依据.     

随机边界条件下玻色-爱因斯坦凝聚的临界温度

研究了d维空间随机箱中玻色气体的凝聚问题，在箱子的线度L满足均匀分布和高斯分布两种情况下，分别求出了系统发生玻色-爱因斯坦凝聚的临界温度Tc，并将Tc与固定箱子中玻色气体发生玻色-爱因斯坦凝聚的临界温度Tc^R作了比较，发现Tc小于或等于Tc^R，其具体的关系取决于L所满足的分布函数．同样研究了被限制在频率随机改变的谐振子势阱中的玻色气体的凝聚问题，发现Tc与Tc^R的关系与上面的结论类似．