山西大学成功实现铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚

山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室张靖教授研究小组于2007年7月7日成功实现了铷原子的玻色爱因斯坦凝聚（BEC）。实验结果显示，冷原子云在温度降低到约为500nK时开始发生相变，经过进一步蒸发冷却，最终得到了约为6×10^4个原子的纯净BEC。目前该小组正将铷原子和费米原子咏同时装入磁阱中，蒸发冷却铷原子来协同冷却钾原子，最终同时实现玻色气体玻色爱因斯坦凝聚和费米气体量子简并。     

简谈理想玻色原子气体的BEC

本文描述了理想玻色气体的玻色一爱因斯坦凝聚（BEC）现象,讨论生成BEC现象的临界温度条件,从量子统计解释了BEC现象．对三维体系,指出了当分子间的平均距离火于分子热运动的德波罗意波长是就能产生BEC现象．从讨论BEC态的热容量可知当温度低于临界温度时,正常态的热容量产生突变即存在相变．     

简谐势阱中弱相互作用玻色气体的临界温度及基态粒子占据率

应用局域密度近似法（LDA）对简谐势约束下的非理想玻色气体发生玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）时的临界温度作出计算，进而讨论了弱相互作用对临界温度及基态粒子占据率的影响。这些研究将有助于对BEC这种新物态性质的进一步了解。     

玻色爱因斯坦凝聚的Husimi函数计算

以双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体系为例,给出双势阱BEC的Husimi函数计算方法,并根据数值计算结果,讨论在外加周期调制下,由Husimi函数描述的BEC系统中的隧穿过程.     

随机箱中相对论气体的玻色—爱因斯坦凝聚温度

在非相对论与极端相对论极限2种情况下,研究了双高斯分布随机箱中理想玻色气体的玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)温度,讨论了箱子的边界条件对系统BEC温度的影响.结果表明,随机边界降低了系统的BEC温度.和极端相对论情况相比,非相对论极限下的临界温度更低.     

一维Bose-Einstein凝聚中的孤波

 导出了在一维原子玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)中,原子被约束在谐和柱形陷阱中时的孤波的有关性质.     

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.     

光子气体量子相变对原子衰减率的影响

本文在二维非线性光学微腔中研究了光子的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC),并研究了光子气体量子相变对原子衰减率的影响.我们发现,纯光子对凝聚相原子衰减率是温度依赖的,随着系统温度的升高,系统自由能增大,原子衰减率也相应变大.     

超冷量子气体的统计性质

近年来超冷量子气体的研究取得了一系列重大实验突破,其中包括玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实现、超冷简并费米气的获得以及分子BEC的成功观测等,同时,BEC及简并费米气体相关理论也成为一个热门的研究课题.结合本研究组近期的部分研究工作简要地阐述超冷量子气体的统计性质,主要内容包括量子气体的尺度效应、外势的约束作用、粒子间相互作用的影响、q-形变量子气体的低温特性和非广延统计等.所得结论对进一步深入认识量子气体的低温特性,揭示各种宏观量子效应的实质具有一定的理论价值.     

低维囚禁理想玻色气体的玻色—爱因斯坦凝聚

应用局域密度近似(LDA)研究低维玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC),结果表明:对囚禁于外势中的玻色子来说,在低维情况下也有BEC,但其临界温度Tc,基态的粒子占据率No/N,热容量C在临界温度附近的连续性问题都与外势形式紧密相关.     

玻色—爱因斯坦凝聚（BEC）现象的研究

玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的研究是当前物理学研究的一个新热点,国内外许多学者都开展了研究。为探讨有关BEC的普遍性质和规律以及影响BEC的主要物理因素,我们研究了任意空间维数下,处于任意幂函数型外势约束中具有不同运动特征的玻色气体和费米气体的性质。导出量子态密度、巨势及其它热力学函数的普遍解析表达式,提出赝体积和普遍热波长等新概念,首次求得有外势约束的玻色气体的态方程,并揭示了BEC的一些新性质和确立了有关BEC的两个新判据,同时还发现了No/N-T/Tc曲线必为凸型的新规律,等等。所得结果有助于深入了解BEC这种新物态的特性,并为实验选择最佳外势阱的形式及其它物理参数提供一些新的理论依据。此外还简要地介绍了国内外研究动态与进展以及本研究的前景。     

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。     

BEC中非线性薛定谔方程的数值研究

通过数值求解非线性薛定谔方程，来分析温度在绝对零度时束缚在谐振子势阱中弱相互作用玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的特性．在一维的情况下，利用定态薛定谔方程，得到了一维谐振势下的基态波函数，同时求得单粒子的基态能量，进一步，利用含时薛定谔方程，研究了宏观波函数随时间的演化，特别是当势阱随时间变化或受扰动的情况．研究表明，一维情况下，不论正散射长度还是负散射长度的原子都可以形成BEC，且非线性相互作用在一定范围内时负散射长度原子的解具有孤立子的性质。     

玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)现象的研究

玻色 -爱因斯坦凝聚 (BEC)的研究是当前物理学研究的一个新热点 ,国内外许多学者都开展了研究 .为探讨有关 BEC的普遍性质和规律以及影响 BEC的主要物理因素 ,我们研究了任意空间维数下 ,处于任意幂函数型外势约束中具有不同运动特征的玻色气体和费米气体的性质 .导出量子态密度、巨势及其它热力学函数的普遍解析表达式 ,提出赝体积和普遍热波长等新概念 ,首次求得有外势约束的玻色气体的态方程 ,并揭示了 BEC的一些新性质和确立了有关 BEC的两个新判据 ,同时还发现了 N0 / N～ T/ TC 曲线必为凸型的新规律 ,等等 .所得结果有助于深入了解 BEC这种新物态的特性 ,并为实验选择最佳外势阱的形式及其它物理参数提供一些新的理论依据 .此外还简要地介绍了国内外研究动态与进展以及本研究的前景 .     

各向异性玻色-爱因斯坦凝聚中的朗道临界速度

超流体中无阻尼运动的朗道判据被推广到各向异性的情形。在各向异性超流体中,朗道临界速度并非总是由平行于运动方向的元激发能谱决定。针对冷原子气体中两类典型的各向异性玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)——偶极相互作用BEC和自旋-轨道耦合BEC——指出凝聚体中运动杂质的临界速度一般小于沿运动方向的超流声速。当运动速度超过临界速度时,杂质的能量耗散率可以通过含时微扰方法计算。     

有限体系中的Bose-Einstein凝聚

用巨正则系统，研究了一个可解的束缚在有限体积中没有相互作用的原子体系的Bose-Einstein凝聚（BEC）。它比通常意义下的无限体系中的BEC在某些概念上有所延伸。在有限体系中，由于体系的化学势μ≤0的条件不再一定成立，可能出现μ＞0的“汽”态（粒子在能级上完全按Bose-Einstein统计分布的状态），即非BEC状态。因此，在温度T＜Tc情况下，需要同时讨论μ＞0的“汽”态和μ＝0的BEC状态，计算了“汽”态和BEC状态的吉布斯自由能，探讨了出现BEC的条件，同时还计算了BEC温度Tc随粒子密度的关系。计算结果显示没有相互作用的Bose气体模型大致上可以相当好地解释超冷原子体系的BEC实验。     

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．     

玻色-爱因斯坦凝聚体量子模拟实验技术进展

玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）的最初理论在1925年由爱因斯坦和玻色提出,直到1994年才通过激光冷却原子气体的方法在实验室实现,并于2001年获得诺贝尔物理学奖。BEC具有宏观量子特性并且具有较长的相干时间,因此是开展量子模拟研究的重要平台。随着光阱、光晶格、微结构光阱和量子气体显微镜等技术的发展,基于BEC的量子模拟器不仅能够用于研究凝聚态物理中已有的基本模型,而且能够探索自然界中不存在的新奇量子物理现象和量子物态。甚至在非平衡和动力学演化研究方面,BEC量子模拟器可以用来研究当前物理实验中无法观测的快速量子物理现象。     

在光学微腔内实现光子的玻色-爱因斯坦凝聚

玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）已经在多个物理体系中观测到，包括冷原子气和固态准粒子。然而，最为普遍存在的玻色气体——黑体辐射却没有表现出能够发生这种相变。在这种体系中，光子具有可消失的化学势，这意味着当光子气的温度发生改变时，光子的数目并不能保持不变。当温度很低时，光子会消失而不是占据在基态。     

三体作用时玻色—爱因斯坦凝聚孤子的演化

利用变分法和数值模拟解Gross—Pitaevskii—Ginzburg方程，研究了原子的三体作用对波色一爱因斯坦凝聚体（BEC）孤子的演化的影响，发现三体作用的影响大于两体作用的影响，并与三体作用是排斥还是吸引有关。其效果与势阱中的原子数、势阱系数和BEC孤子脉冲的初始宽度有关。