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超冷物质

超冷物质

碰撞的玻色–爱因斯坦的凝结物从视线中消失

06 Nov 2014
碰撞课程:BEC孤子在行动

Bose制成的碰撞孤子 –爱因斯坦冷凝物(BEC)可以直接穿过彼此,并且几乎不变。那是美国,以色列和澳大利亚的物理学家进行实验的结果。他们的研究为物质波之间的相互作用提供了新的见解,并可能进一步促进物质波干涉测量中新技术的发展。

孤子是波包,可以传播很长的距离而不会破裂或减小。它们在光学领域是最著名的,但是孤子解存在于许多不同的波动方程中。一个重要的例子是一维 nonlinear Schrödinger方程,该方程可应用于非线性光纤中的光以及局限于窄管中的BEC。

当真正的孤子碰撞时,它们会彼此直接通过,从而保持其形状,振幅和速度不变。 兰迪·休莱特 得克萨斯州莱斯大学的同事以及以色列特拉维夫大学和墨尔本斯威本大学的研究人员研究了这是否适用于BEC中被称为明亮孤子的物质波包。

分开并碰撞

BEC包含全部处于相同量子态的超冷原子,因此具有单个量子对象的行为。在这项最新工作中,研究人员创建了一个锂7原子的BEC,并利用圆柱对称电势将其成形为一个狭窄的管。然后使用激光束将BEC分成两半,然后将两个半部分进一步处理以形成两个孤子。每个孤子包含大约28,000 原子和该对之间相隔约26 μm.

分开的激光束被去除,使两个孤子彼此相对移动。至关重要的是,当他们见面时,他们通常会彼此直通,然后重新出现而又保持不变。然后,孤子在管中来回振荡,彼此反复穿过。确定任何两个锂原子如何彼此通过在实验上和理论上都是不可能的。这是因为单个孤子中的所有原子都由相同的波函数表示,因此处于通过管的所有可能轨迹的叠加中。这些路径包括彼此相交,彼此相绕甚至通过彼此隧穿。

绝招

确切的说,每当两个孤子发生碰撞时,会发生什么情况取决于两个波包之间的相位差。例如,两个完全同相时相遇的孤子将相长地相长干涉,从而产生更密集的原子团。相反,当两个完全不同相的孤子碰撞时,原子瞬间消失,然后再次出现在碰撞点的任一侧。中间相位差会在这两个极端之间产生结果。

尽管研究人员无法控制或直接测量实验中使用的孤子对的相对相位– which was random –他们能够从碰撞观察中倒退,以了解特定相移对碰撞的影响。首先,他们使用理论模型来模拟具有特定相移的碰撞的外观。然后,他们多次运行模拟,以计算相互作用分布的外观(如果他们对每个特定相移产生的相互作用的计算是正确的),并将其与实验重复进行的观察分布进行比较。他们发现理论和实验之间通常有很好的一致性。

3D崩溃

但是,意外的事情确实偶尔发生。例如,孤子碰撞时有时会融合在一起或完全塌陷。一维无法预测的此类影响 nonlinear Schrö当两个孤子同相或接近同相相遇,在中间产生一个高密度区域时,dinger方程更为常见。 Hulet解释说,团块变得越大越密集,一维描述的效果就越差 equation: “当密度峰值太高时,” he says, “密度上升到违反1D标准并开始对3D空间进行采样的程度,然后密度消失。”在未来的工作中,研究人员希望更好地控制两个孤子之间的相位差以及每个孤子中的粒子数量,从而更精确地确定一维近似在哪里变得不稳定。

弗洛里安·史瑞克(Florian Schreck) 阿姆斯特丹大学的描述是“一个清晰的教科书示例,因此对教学很有用”。未参与实验的Schreck认为实际应用可能是物质波干涉法–Hulet及其同事也提出了一些建议。“使用孤子构建原子干涉仪可能会有用–只是不穿波浪包’t disperse,” he says.

该研究发表在 自然物理学.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者