超冷分子若干問(wèn)題的理論研究.pdf

1、利用光學(xué)和磁學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)制冷堿金屬原子，甚至分子，并且囚禁，操控和測(cè)量它們，成為一個(gè)活潑，新穎的物理研究領(lǐng)域。這樣一個(gè)研究的平臺(tái)，具有操控精確，體系干凈，測(cè)量方便，各種參數(shù)精確可調(diào)等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為一個(gè)非常理想的模擬多體體系的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也同樣為超精細(xì)測(cè)量，量子計(jì)算，等很多其它的方向提供了很好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)在是一個(gè)人類(lèi)探索量子世界的一個(gè)理想手段。
　　 其中，超冷分子，因?yàn)榫哂懈噙\(yùn)動(dòng)自由度，更豐富的內(nèi)部能級(jí)，新穎的相互

2、作用，和廣泛的應(yīng)用前景，吸引了很多理論上和實(shí)驗(yàn)上的興趣，關(guān)注，和研究。由于分子有振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)等自由度，直接冷卻分子到很低的溫度，是十分困難的，實(shí)驗(yàn)上廣泛采用的策略是，超冷原子聚合成為超冷分子，通用的技術(shù)手段是Feshback共振和光聚合。例如Prof Deborah S.Jin早在2003年就合成了極低溫的40K2分子.
　　 這里使用超冷分子若干問(wèn)題的理論研究做題目，其實(shí)我們僅僅研究討論了兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是在合成一種超冷分子的過(guò)程

3、中起很重要角色的量子態(tài)，原分子暗態(tài);另一個(gè)問(wèn)題就是，極性超冷分子在基態(tài)應(yīng)該有怎樣的性質(zhì)。
　　 在同種section原子聚合成超冷分子的實(shí)驗(yàn)努力中，人們采用量子光學(xué)中的類(lèi)似實(shí)驗(yàn)方案，絕熱的將粒子從原子態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)耦合激光脈沖，轉(zhuǎn)換到分子態(tài)，這種技術(shù)叫做受激萊曼絕熱通道。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，理想情況下，體系應(yīng)處于一個(gè)原子和分子相干疊加的量子態(tài)上。以前的研究都是在平均場(chǎng)的近似之下進(jìn)行的。
　　 兩種不同堿金屬原子聚合而成的超冷分

4、子，叫做極性分子，正式因?yàn)檫@樣的分子有較大的電偶極矩。于是，該體系的偶極相互作用就凸顯其影響了。偶極相互作用是一種常程的，各向異性的相互作用，在某些方向是吸引的，在某些方向是排斥的，因而十分新穎有趣。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展和積累，Prof.YeJun所領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組已經(jīng)成功制備了40K87 Rb極性分子，密度高達(dá)1012每立方厘米，平移溫度抵達(dá)350nk。人們的理論研究指出，在偶極相互作用之下，超冷極性分子能形成庫(kù)伯對(duì)，并且進(jìn)入超流狀態(tài)，而

5、在正常態(tài)之下，飛米面會(huì)發(fā)生扭曲。如何在一個(gè)統(tǒng)一的理論框架之下看待這兩種現(xiàn)象，解釋這兩種現(xiàn)象如何相互影響是一個(gè)有趣的問(wèn)題。
　　 在這篇論文中，我們主要針對(duì)上述兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了更深一步的理論研究。具體內(nèi)容如下:對(duì)于section原子合成超冷分子的實(shí)驗(yàn)體系，通過(guò)兩束激光，耦合原子態(tài)，分子激發(fā)態(tài)，和分子基態(tài)，形成一個(gè)三能級(jí)位型。在這個(gè)體系之中，存在一個(gè)原子分子暗態(tài)，這個(gè)態(tài)是合成該類(lèi)超冷分子的關(guān)鍵。我們使用解析的推導(dǎo)，構(gòu)建了，在單模近似下

6、的嚴(yán)格量子波函數(shù)。數(shù)值的計(jì)算也證明了這個(gè)波函數(shù)確實(shí)是體系的原子分子暗態(tài)。通過(guò)和平均場(chǎng)近似的比較發(fā)現(xiàn)，隨著粒子數(shù)目的增加，平均場(chǎng)對(duì)粒子布局?jǐn)?shù)的描述確實(shí)越發(fā)接近量子嚴(yán)格解。我們也發(fā)現(xiàn)在單光子共振的情況下，暗態(tài)和其他明態(tài)之間有簡(jiǎn)并，這個(gè)會(huì)破壞絕熱過(guò)程的進(jìn)行，是實(shí)驗(yàn)上應(yīng)當(dāng)避免的參數(shù)區(qū)域。
　　 對(duì)于基態(tài)的極性分子，我們使用哈利-?？?伯格流波夫方法來(lái)分析處理。這個(gè)理論講交換相互作用，和BCS配對(duì)的處理放在一個(gè)自洽的理論框架之下。我們確實(shí)

7、發(fā)現(xiàn)，超流配對(duì)，和費(fèi)米面的扭曲是同時(shí)進(jìn)行的。通過(guò)人為的去掉交換相互作用，比較超流序參量的改變，我們發(fā)現(xiàn)，交換相互作用使超流配對(duì)增強(qiáng)了25％。而這一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)有一個(gè)不錯(cuò)的物理解釋:極性分子的BCS序參量是以Pz為主的，這樣序參量主要分布在極化方向，就是電偶極矩所指向的方向，我們知道序參量的大小是和費(fèi)米面附近的態(tài)密度成正比的，對(duì)于三位系統(tǒng)，這個(gè)態(tài)密度是和費(fèi)米動(dòng)量成正比的。而交換相互作用帶來(lái)的費(fèi)米面扭曲是，激化方向費(fèi)米動(dòng)量變大的，垂直該方向