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《厦门大学》 2000年
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约束原子气体玻色—爱因斯坦凝聚的若干问题研究

李明哲  
【摘要】:科学家将相互作用很弱的碱金属原子气体约束在磁势阱中,通过激光冷却和蒸发冷却至零点几微K,终于在1995 年实现了玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。外势的存在导致BEC 凝聚体的非均匀性,因此凝聚不仅是动量空间上的凝聚,而且存在于坐标空间。在BEC 凝聚体中,原子聚集在共同的单粒子基态,量子波函数互相迭加,原子的位相完全相同,因此完全失去个体的性质。所以BEC 凝聚体可视为宏观的量子相干气体。 原子气体BEC 的实现为研究物质的相干性质和宏观物体的量子统计现象提供了前所未有的机会,而且由此可能实现的原子激光预计将有广泛的应用。 1995 年以前研究的重点是在理论的指导下实现BEC。此后研究的重点是:BEC 凝聚体的性质,包括相干性质、涡漩、多组份的凝聚;互作用为吸引力的简并费米气体;利用BEC 凝聚体作为相干原子源,研究非线性原子光学;探索相干原子连续输出的藕合器,力求实现有效的原子激光。 本文研究外势阱中原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的性质。着重分析外势形式、空间维数、粒子数有限及粒子间相互作用对转变温度及BEC 凝聚体性质的影响,揭示BEC的性质与这几个因素之间的普遍关系。通过了解各种不同外势对产生BEC 的影响可以从理论上探索对产生BEC 最为有利的外势形式,为实验提供一定的理论根据。探索粒子间相互作用,以及系统的粒子数有限对BEC 的转变温度及其性质的影响可以加深对BEC 现象的了解,以期为进一步控制和利用BEC 提供一些新的理论依据。 第二章分析外势阱和空间维数对BEC 的影响。我们研究了任意空间维数下处于任意指数型外势约束中的无粒子间相互作用的系统,得到它的量子态密度的解析式。该解析式是相当普遍的,它包含了外势形式(特别是形状)、空间维数,以及粒子运动特性的所有有关信息。由于态密度在统计物理中的重要地位,我们可以据此考察外势阱、空间维数和粒子运动特性的作用。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:O469

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