30678.玻色愛因斯坦凝聚體的基態(tài)及非線性激發(fā)研究

1、囝中國科學院大學UniversityofChineseAcademyofSciences博士學位論文玻色一愛因斯坦凝聚體的基態(tài)及非線性激發(fā)研究作者姓名：指導教師：學位類別：學科專業(yè)：研究所：文林劉伍明研究員中國科學院物理研究所理學博士理論物理中國科學院物理研究所2014年04月摘要玻色一愛因斯坦凝聚體(BEC)的實驗實現(xiàn)推動了超冷原子、分子物理領域的快速發(fā)展。由于BEC具有獨特的宏觀量子相干性以及人工可調(diào)控性，他不僅成為了測試量子多體物

2、理的基礎平臺，而且為模擬凝聚態(tài)物理和非線性科學提供了萬能的實驗平臺。近年來，隨著相關(guān)實驗技術(shù)的不斷進步，探索BEC系統(tǒng)中的新穎量子態(tài)和奇異物性已成為了國際上具有前瞻性和挑戰(zhàn)性的研究熱點。本文中我們將著重討論BEC的基態(tài)及非線性物質(zhì)波激發(fā)，主要包括旋量BEC的基態(tài)性質(zhì)、Feshbach共振技術(shù)所調(diào)控的非線性物質(zhì)怪波及矢量孤子研究。本文的第一章主要闡述與BEC有關(guān)的理論基礎。我們首先介紹理想玻色氣體的BEC概念及發(fā)生BEC的臨界轉(zhuǎn)變溫度，并

3、從對稱性的觀點闡明BEC的發(fā)生是U(1)規(guī)范對稱性的自發(fā)破缺。緊接著我們利用非對角長程序的概念將BEC的定義推廣至相互作用的玻色氣體，并通過研究兩體低能散射物理給出散射長度的定義、Feshbach共振技術(shù)調(diào)控原子問相互作用的物理機制以及描述超冷原子相互作用的有效贗勢模型。最終我們導出零溫平均場近似下描述BEC宏觀動力學性質(zhì)的Gross—Pitaevskii方程。在第二章中，我們首先介紹研究BEC基態(tài)性質(zhì)的解析變分法和數(shù)值虛時演化法。運用

4、這些方法我們研究外勢對雙組份BEC中相分離相混合轉(zhuǎn)變的影響。其次，我們介紹實驗上如何利用激光在中性原子系統(tǒng)中實現(xiàn)自旋軌道耦合，并解析和數(shù)值的研究外磁場中具有自旋軌道耦合的自旋F=1的BEC基態(tài)相圖。第三章主要關(guān)注BEC中的非線性物質(zhì)波激發(fā)。通過解析求解描述單組份BEC動力學性質(zhì)的Gross—Pitaevskii方程，我們證實BEC中也存在著有趣的物質(zhì)怪波激發(fā)，并闡明其形成的主要物理機制。緊接著，我們研究Feshbach共振技術(shù)對雙組份B