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多个子玻色-爱因斯坦凝聚气体膨胀叠加形成的量子涡旋现象研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 量子涡旋相关历史

1.1.2 叠加形成的量子涡旋

1.1.3 本文结构

第二章 量子涡旋相关的基本理论

2.1 宏观波函数的概念

2.1.1 全同粒子的概念

2.1.2 玻色爱因斯坦凝聚态

2.1.3 He原子的宏观波函数

2.2 量子涡旋的产生及基本理论

2.2.1 量子液体的概念

2.2.2 粒子流速度的概念

2.2.3 量子涡旋的产生条件

2.3 本章小结

第三章 多个玻色凝聚气体在二维自由空间膨胀和叠加研究

3.1 稀薄玻色凝聚气体粒子初始波函数的高斯近似

3.1.1 物理模型

3.2 玻色凝聚气体在自由空间膨胀波函数

3.2.1 波函数随时间位置演化

3.3 数值计算模拟

3.3.1 无量纲化

3.3.2 MATLAB模拟涡旋分布图像

3.4 涡旋核的运动解析分析

3.5 本章总结

第四章 多个玻色凝聚气体二维谐振子势阱内膨胀的研究

4.1 谐振子势阱内稀薄玻色凝聚气体粒子的宏观波函数

4.1.1 物理模型

4.2 玻色凝聚气体在谐振子势阱膨胀波函数

4.3.1 无量纲化

4.3.2 MATLAB模拟涡旋分布图像

4.4 涡旋核的震荡分析

4.5 本章总结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果

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摘要

在二维情形下对多个玻色凝聚气体在不同势阱内膨胀叠加形成的量子涡旋现象进行研究。多个玻色凝聚气体叠加产生涡旋的本质是相位的螺旋形变化,利用相图来表示各个玻色气体的状态并进行相空间的矢量叠加,若相矢量闭合就会有涡旋产生。本文围绕这一原理,以多个二维玻色凝聚气体为物质波波源,通过高斯近似进行解析计算和研究,得到如下结果。
  在二维“碟形”玻色凝聚气体的基础上,利用激光势阱产生三团对称分布的子玻色凝聚气体,并近似将凝聚气体的初始态看成高斯波包,在不考虑粒子间相互作用势下,将三团玻色凝聚气体置于各种势阱下膨胀(无势阱、谐振子势阱等),研究了多个子玻色凝聚气体在膨胀叠加形成的量子涡旋现象。运用传播子方法,分析了对称分布的三个子玻色凝聚气体膨胀叠加形成宏观量子涡旋的物理过程,得到量子涡旋随时间演化的规律;发现涡旋核分布在谐振势阱内出现震荡;涡旋与反涡旋随时间演化而相互转变,并对这些现象进行了物理分析。

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