30678.玻色愛(ài)因斯坦凝聚體的基態(tài)及非線性激發(fā)研究

1、囝中國(guó)科學(xué)院大學(xué)UniversityofChineseAcademyofSciences博士學(xué)位論文玻色一愛(ài)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(dǎo)教師：學(xué)位類(lèi)別：學(xué)科專(zhuān)業(yè)：研究所：文林劉伍明研究員中國(guó)科學(xué)院物理研究所理學(xué)博士理論物理中國(guó)科學(xué)院物理研究所2014年04月摘要玻色一愛(ài)因斯坦凝聚體(BEC)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)推動(dòng)了超冷原子、分子物理領(lǐng)域的快速發(fā)展。由于BEC具有獨(dú)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(cè)試量子多體物

2、理的基礎(chǔ)平臺(tái)，而且為模擬凝聚態(tài)物理和非線性科學(xué)提供了萬(wàn)能的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。近年來(lái)，隨著相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷進(jìn)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(guó)際上具有前瞻性和挑戰(zhàn)性的研究熱點(diǎn)。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(chǔ)。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(duì)稱(chēng)性的觀點(diǎn)闡明BEC的發(fā)生是U(1)規(guī)范對(duì)稱(chēng)性的自發(fā)破缺。緊接著我們利用非對(duì)角長(zhǎng)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(guò)研究?jī)审w低能散射物理給出散射長(zhǎng)度的定義、Feshbach共振技術(shù)調(diào)控原子問(wèn)相互作用的物理機(jī)制以及描述超冷原子相互作用的有效贗勢(shì)模型。最終我們導(dǎo)出零溫平均場(chǎng)近似下描述BEC宏觀動(dòng)力學(xué)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(shí)演化法。運(yùn)用

4、這些方法我們研究外勢(shì)對(duì)雙組份BEC中相分離相混合轉(zhuǎn)變的影響。其次，我們介紹實(shí)驗(yàn)上如何利用激光在中性原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自旋軌道耦合，并解析和數(shù)值的研究外磁場(chǎng)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(guò)解析求解描述單組份BEC動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的Gross—Pitaevskii方程，我們證實(shí)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(jī)制。緊接著，我們研究Feshbach共振技術(shù)對(duì)雙組份B