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自旋相关光晶格中Bose-Einstein凝聚体的干涉机制与独立凝聚体的隧穿动力学研究

文灵华  
【摘要】: Bose-Einstein凝聚是一种崭新的、奇特的物质形态,已成为当代物理学的一个研究热点。本文着重研究了自旋相关光晶格中Bose-Einstein凝聚体的干涉机制以及双阱中两团独立的Bose-Einstein凝聚体之间的隧穿动力学。对Bose-Einstein凝聚体的干涉和隧穿的研究有助于我们揭示凝聚体的宏观量子特性和检验量子力学的基本问题。本文的主要工作包括以下内容: 1.提出了自旋相关光晶格中Bose-Einstein凝聚体干涉的理论模型,并分析了其干涉的机制和物理本质,成功地解释了Bloch小组的“自旋相关光晶格势中中性原子的相干输运”实验[Phys.Rev.Lett.91,010407(2003)]当中观测到的干涉条纹。同时,我们还提出了一个非均匀的相位分布的实验建议来进一步检验我们的理论模型和预言。我们的研究表明:单个原子的内部自由度与外部自由度的纠缠是自旋相关光晶格中Bose-Einstein凝聚体干涉的充分条件,这种干涉与凝聚体的相位无关,也即每一团凝聚体只和它自己发生干涉,任意两团不同的凝聚体之间没有干涉效应。 2.研究了磁阱中自旋相关的原子波包的密度分布及其动力学演化。由于系统在光晶格关闭之前预先经历了Mott相变和自旋相关输运,其原子波包的密度分布在磁阱中的演化与通常情形相比,展现出更丰富的动力学行为。该实验方案为进一步检验我们的理论模型和预言提供了一条新的途经。 3.讨论了编码在原子超精细态的判断路径信息的未完全消除。由于判断路径信息的未完全消除,凝聚体自由膨胀后获得的干涉条纹将受到一定程度的破坏。该实验方案为进一步检验我们的理论模型和预言提供了一个新的、直接的方式,其显著的优点是简单、容易被实现。 4.研究了双阱中两团独立的Bose-Einstein凝聚体之间的隧穿动力学。我们采用有效的两模近似和完整的数值方法求解了这个隧穿模型。对比双阱中两团相干的Bose-Einstein凝聚体的隧穿情形,这个系统的隧穿动力学展示出显著不同的、在一定程度上没有预料到的特征。研究结果表明:凝聚体相位不进入这个系统的动力学演化;此外,这个系统还支持一种新的宏观量子自囚禁效应,即便对于足够弱的相互作用以及远小于临界值的初始布局数差。这种显著的差异为实验上区分两团相干的Bose-Einstein凝聚体和两团独立的Bose-Einstein凝聚体提供了一个可行的办法。


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