激光冷却和波色-爱因斯坦凝聚

1、 2020v2vexpv21)v(iiiiPmkTkrecB22/2,kkphE)cos1 (0cmhkPPkPkP2PkPcosvv00kk2222)/1 (/4/24)/1 ()(4/2)/1 ()(4/2satsatsatsatsatsatIIIIkvFIIkvIIkIIkvIIkFsatIIU82BU,| ,| ,|0kpgpekpg0101010102)(000000)(21222RALLAkppkpmVHHH),(21)(|kpgkpgpnc0)(pVncAL13dBn玻色玻色-爱因斯坦凝聚性质爱因斯坦凝聚性质(1)BEC的静态性质BEC的大小为10m 100m量级。由于势阱中的势

2、是各向异性的，因此多数BEC的形状不呈圆形，而是椭球状，其长短轴线度之比称为纵横比(aspect ratio)，一般为几到十几，甚至更大。一般转变温度为100nK2K，受势阱情况影响很大，也与阱中原子数和密度有关；凝聚原子数则从几百到109，原子密度变化也很大，可高达 1015/cm3。(2)BEC的动态特性BEC的动态特性包括了一系列现象，是研究的主要方面，如 BEC的稳定性，扩张，集体激发，振荡和衰变等，这些现象都涉及BEC内原子之间和原子与阱势的相互作用，是“非常冷”的原子团的特性。BEC是不稳定的，随着时间衰变，有一定寿命，一般为几秒到几分钟。撤去磁阱后BEC自由膨胀，其原因有二。一是

3、因为原子团被阱束缚在很小的范围内，根据测不准关系，位置限制得愈小，动量的变动就越大，因此，BEC从阱中释放后，扩张很快；二是原子间的相互作用，它们是排斥性的，也使BEC扩张。BEC是一种宏观量子现象，在磁阱中纯BEC的温度接近于零，但处在量子基态的原子团还在做零点振动。可以把它们集体激发，也是一种“元激发”，使它们激发到阱中的高能级激发态，它们也可用n,l,m量子数来描述，其中n表示径向量子数，l，m表示总角动量及其轴向分量。激发方法是对阱势做一个随时间变化的扰动，或进行调制。然后对它们的动态特性进行测量。一般是用吸收成像法或在位色散成像法(后者更好)测原子云的形态变化，振动及其随时间的衰减。

4、原子云的振荡实际上是声振荡，因此对声波传播具有重要影响，这是传统超流体研究的主要课题，对了解玻色气体的动力学性质有显著作用。(3)BEC的相干性玻色凝聚体的一个显著特点是可用一个宏观波函数来描述，整个原子云具有统一的相位。因此BEC中的原子具有相干性，如果两团BEC相遇，就会出现干涉条纹。(4)BEC的宏观物质波性质BEC有波动性质,比如，布喇格衍射。此外，在非线性介质中还有类似非线性光学的性质，如产生四波混频，可进行物质波放大等。(5)BEC的转动，涡旋和超流性质超流的一个奇异特性体现在“旋转水桶”实验中：寻常液体放在一个转动容器中，液体将跟着整个容器转；但超流体则完全不同，若转动频率低，液

5、体不转，若转动频率高于某一临界值，则液体的速度场中会出现涡旋丝。它是量子化的，即环绕涡旋的速度环流之值为Mnhv/2其中为流体旋转速度，n是整数，M是液体粒子的质量，h是普朗克常数。BEC中的“速度”体现在其相位的梯度上，这种量子化也可理解为围绕涡旋一圈相位改变2。因此，出现涡旋是BEC超流性的表现。与超流有关的一个突出成果是BEC在光学栅格中从超流态转到绝缘态的相变实验。这个实验由Hansch小组完成。他们在87Rb的BEC中用六束正交激光驻波发生光学栅格，形成如图那样的势垒，调节激光强度可以改变势垒的峰谷高度，从而实现BEC状态的转变。在低温下(约10nK以下)，所有气体铷原子可自由在BEC中流动而没有摩擦，处于超流态。当势垒有一些高度时，气体仍保持着超流态，所有原子仍