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玻色—爱因斯坦凝聚领域Feshbach 共振现象研究进展摘要玻色—爱因斯坦凝聚领域中的Feshbach共振现象是当前的一个研究热点。
在很多相关实验都已观测到Feshbach共振现象。
在实验里通过调节外加磁场用原子散射的Feshbach共振可以任意改变这些系统中原子之间的相互作用强度，从强相互排斥作用到强相互吸引作用都可以实现。
文章详细介绍Feshbach共振现象以及目前它在原子气体系统里的最重要的两个应用，研究有强相互作用的玻色子气体和费米子气体里的超流态。
最后，阐述了Feshbach共振现象研究意义，以及对玻色—爱因斯坦凝聚体系统的应用前景作了展望。
关键词Feshbach 共振，玻色- 爱因斯坦凝聚，超流态，强相互作用Abstract Feshbach resonace is currently a very hot topic in the of Bose-Einstein condensa -tion ,and has already been observed in most low- temperture alkali gases. In these systems the interaction between atoms can be tuned from strong repulsion to strong attraction. A detailed overview is guven of the Feshbach resonance and two of its most important aspects, the superfluid phase in Fermi gases and the strong-interaction regime in Bose gase.Finally,this paper expounds the significance of feshbach resonace research,and the Bose-Einstein conden –sation application prospects are described.Key words Feshbach resonance,Bose-Einstein condensation ,superfluid, strong interaction引言在二十世纪初，在黑体辐射和光电效应的研究中诞生了量子概念，随着量子力学的发展，物理学家们发现自然界的粒子可以分成玻色子和费米子两类，它们分别满足不同的统计规律。
核物理中的玻色-爱因斯坦凝聚态引言在核物理领域，玻色-爱因斯坦凝聚态（Bose-Einstein condensate, BEC）是一种非常特殊的物态。
它是由一种特定类型的粒子组成的凝聚体，这种粒子被称为玻色子。
1955年，美国物理学家爱因斯坦预测了这种凝聚态的存在，但直到1995年才被实验证实。
自此之后，玻色-爱因斯坦凝聚态引起了广泛的研究和探索，不仅在实验室中得到了制备，还在理论上引发了许多有趣的问题和现象。
本文将介绍核物理中的玻色-爱因斯坦凝聚态的基本原理、实验制备方法以及一些与核物理相关的应用。
基础原理玻色子统计要理解玻色-爱因斯坦凝聚态，首先需要了解玻色子的统计规律。
根据量子力学原理，存在两种不同类型的粒子统计：费米子统计和玻色子统计。
费米子是一类遵循费米-狄拉克统计规律的粒子，它们满足泡利不相容原理，即不能占据同一量子态。
而玻色子则不受泡利不相容原理的限制，可以占据同一量子态。
玻色-爱因斯坦凝聚态的形成玻色-爱因斯坦凝聚态是由大量玻色子凝聚到一个最低能级的态，形成一个宏观量子态的现象。
在低温下，玻色子的运动受到玻色子泡利分布的影响，越来越多的玻色子占据了凝聚态的最低能级，最终形成了一个相干的玻色子集合。
KG方程和GP方程在理论上，玻色-爱因斯坦凝聚态可以通过Klein-Gordon方程（KG方程）或Gross-Pitaevskii方程（GP方程）进行描述。
KG方程是一个量子场论中用来描述玻色子的基本方程，它可以描述单个玻色子的运动行为。
而GP方程则是对多个玻色子系统进行平均场近似后得到的方程，可以有效描述玻色-爱因斯坦凝聚态的性质。
实验制备方法冷却技术要制备玻色-爱因斯坦凝聚态，需要将玻色子冷却到非常低的温度。
为了达到这一目的，研究者们发展了一系列冷却技术，包括蒸发冷却、Sisyphus冷却、光波冷却等。
这些技术可以将玻色子冷却到几个微开尔文甚至更低的温度，使其趋于凝聚态。
磁光陷阱技术除了冷却技术，制备玻色-爱因斯坦凝聚态还需要使用磁光陷阱技术。
低温物理学中的玻色爱因斯坦凝聚研究在低温物理学领域，玻色爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation，简称BEC）是一项引人注目的研究课题。
本文将介绍BEC的原理、实验观测以及其在物理学和科学研究中的潜在应用。
一、玻色爱因斯坦凝聚概述玻色爱因斯坦凝聚是指一种特殊的物质状态，在极低温度下，玻色子（具有整数自旋的粒子）聚集在最低的能级上，在宏观上形成一个相干态。
这种相干态可以通过玻色-爱因斯坦分布（Bose-Einstein distribution）来描述，其中大量的玻色子聚集在基态上，并且它们具有相同的量子波函数。
二、实验观测玻色爱因斯坦凝聚玻色爱因斯坦凝聚的实验观测是低温物理学领域的重大突破。
通过降低气体的温度并使用激光冷却技术，科学家们成功地观测到了一维、二维和三维体系中的BEC。
在实验中，首先利用激光冷却将气体冷却至几个微开尔文，然后使用磁场和辐射力将气体约束在一个形状稳定的磁阱中。
随着温度的进一步降低，玻色子将集聚在磁阱的基态上，形成BEC。
三、玻色爱因斯坦凝聚的物理学意义1. 量子统计效应：玻色爱因斯坦凝聚是一种完全由量子力学效应驱动的现象。
通过研究BEC，科学家们可以更深入地了解量子统计效应对物质行为的影响。
这对于理解和解释其他量子系统中的物理现象具有重要意义。
2. 超流性和相干性：玻色爱因斯坦凝聚体系表现出超流性和相干性。
超流性是指无粘阻的流动，这在宏观尺度上是不寻常的。
相干性则意味着玻色子具有相干的相位关系，类似于光学中的激光。
这些特性使得BEC在传感器、量子计算和量子模拟等领域具有广泛的应用前景。
四、玻色爱因斯坦凝聚的潜在应用1. 传感器：由于玻色爱因斯坦凝聚具有高度灵敏的物理特性，例如超流性和精密测量能力，可以应用于传感器技术。
利用BEC构建的传感器可以实现高精度的测量，例如重力和加速度测量。
2. 量子计算：BEC作为量子比特的载体可以被用于实现量子计算。
摘要近二十年来，科学家对玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)问题进行了很多实验，就此问题的研究得到了快速发展，并取得了一系列重大的实验进展。
本文简单介绍了玻色-爱因斯坦凝聚问题的的起源，重点阐述了玻色-爱因斯坦凝聚的实验成功及其研究进展，并探讨了玻色-爱因斯坦凝聚的潜在应用，展望了其发展前景。
关键词：玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)；蒸发、冷却与操控；原子BECABSTRACTIn the last two decades,scientists carried out many experiments about Bose-Einstein Condensation. Progress has been achieved on the issue of Bose-Einstein Condensation research, and a series of significant experimental progress have been made. This thesis reviews the origin of Bose Einstein condensation problem. We focus on the experimental success of Bose Einstein condensation and its research progress, discussing the potential application of Bose-Einstein condensation and predicting its development prospect.Keywords: Bose-Einstein Condensation;Evaporative cooling and control; Atomic BEC目录第一章前言.................................................................................................................... - 1 -第二章玻色-爱因斯坦凝聚问题的起源及探索................................................. - 2 -2.1 玻色-爱因斯坦凝聚问题的起源......................................................................... - 2 -2.2 实现玻色一爱因斯坦凝聚的探索...................................................................... - 2 - 第三章玻色-爱因斯坦凝聚实验的成功............................................................... - 3 -3.1 实现玻色-爱因斯坦凝聚的技术——激光冷却和捕陷原子............................. - 3 -3.2 在稀薄碱金属原子气体中实现玻色一爱因斯坦凝聚...................................... - 3 - 第四章玻色-爱因斯坦凝聚研究进展 ................................................................... - 5 -4.1 原子BEC ............................................................................................................. - 5 -4.2 全光型BEC ....................................................................................................... - 10 -4.3 双阱和光晶格中BEC ....................................................................................... - 11 -4.4 固体中的BEC ................................................................................................... - 12 - 第五章玻色-爱因斯坦凝聚的潜在应用展望 ................................................... - 13 -5.1 原子激光............................................................................................................ - 13 -5.2 精确测量............................................................................................................ - 13 -5.3 芯片技术............................................................................................................ - 14 -5.4 探测方面............................................................................................................ - 14 - 第六章结语................................................................................................................... - 16-参考文献 ............................................................................................................................ - 17-致谢 ........................................................................................................................... - 18 -第一章前言自然界，有两种基本的粒子。
物理学中的玻色爱因斯坦凝聚态玻色-爱因斯坦凝聚态（Bose-Einstein Condensate，简称BEC）是20世纪90年代物理学界的一项重大发现。
其意义重大，既推动了基础物理、凝聚态物理等领域的发展，也创造出了一系列的应用，如大功率激光器、量子计算器等等。
本文尝试为大家介绍BEC的相关背景及其物理本质。
1.背景BEC得名自两位物理学家印度的萨提琳德拉·玛萨杜和奥地利的阿尔贝特·爱因斯坦。
经过研究发现，如果把气体冷却到足够低的温度，仅有一个能级能够容纳超过其中一半的原子。
原子的所有空间统计分布现象出现了与此不同的行为，它不再是独立的粒子，而是趋于在相同的能级聚集成一个相干的超原子，也就是玻色-爱因斯坦凝聚态。
2.物理本质在正常的体系中，相互作用的粒子形成了无序的系统，粒子间间距不太相同。
而在低温条件下，粒子间间距小，粒子密度高，由于粒子间相互作用，粒子间的波动也耗费更为复杂、更为巨大的能量。
当温度到达绝对零度以下后，所有粒子全部入同一量子态，并受到同一波动方程的影响，玻色-爱因斯坦凝聚态就形成了。
这个状态的粒子可以被描述成一个巨型波函数，因此它有不同的行为和特性，相对与普通状态的粒子，更易于控制和操纵。
BEC已经成为凝聚态物理中的一个热点，因为这种状态的物理特性与相互作用问题有关，能够在特定材料和设备中进行有效的应用。
3.应用虽然BEC在物理学中得到广泛的应用，但是它同样能够应用于其他领域。
由于BEC可以实现混合物，利用不同的材料来制造化学反应。
而且，BEC在量子计算器方面也是一个无可替代的重要因素之一，提供实现量子算法的最初条件，因此在一项大型科技研究中具有无穷的前景。
总之，BEC是自然界中一个极其神奇和重要的现象，对凝聚态物理学领域以及其他领域具有无限潜力。
BEC的研究已经突破了物理学的范畴，成为了多个重要领域的研究热点，更多的研究还在继续深入。
相信今后，BEC的应用将会越来越广泛。
玻色-爱因斯坦凝聚论文：玻色-爱因斯坦凝聚孤子非谐势阱散射长度【中文摘要】自从实验观察到二元玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein Condensates, BEC)现象以来,有关多组分BEC中的非线性研究已成为目前物质波研究领域中广泛关注的热点之一。
实验上,可调控的宏观物理量有:囚禁BEC的外部势阱和可利用Feshbach 共振技术来控制的原子间相互作用强度。
对于多组分BEC,原子间的相互作用不仅存在种内相互作用,还存在种间相互作用。
理论上,二元BEC的相关物理性质均可采用平均场近似理论下的耦合Gross-Pitaevskii(GP)方程来描述。
本文从GP方程出发,利用多重尺度方法,研究了非谐外部势阱中的二元BEC中的孤子动力学行为和随时间变化的种间相互作用强度对二元BEC中孤子碰撞行为的影响。
全文共分为四章,主要结构如下:第一章,介绍了BEC的相关基础知识、基本理论,简要回顾了二元BEC的相关实验及当前的理论研究现状。
同时,基于平均场理论,简扼推导出描述BEC动力学的GP方程。
最后,对我们所采用的研究方法—多重尺度方法和论文的研究内容进行了简明扼要的介绍。
第二章,利用多重尺度方法,解析地研究了四次非谐势调制下的二元BEC中的孤子融合现象。
结果表明,凝聚体中两个不同组分中的孤子会发生融合现象。
且随着四次非谐外部势阱强度的增加,融合现象变得更加迅速。
从而证实,二元BEC中两孤子的融合行为可通过外部非谐势阱调控。
第三章,解析地研究了随时间变化的种间散射长度对二元BEC中孤子动力学行为的影响。
结果表明,两个孤子间发生碰撞的位置、时间和频率均与种间散射长度密切相关。
也就是说,二元BEC中的孤子碰撞行为可以通过种间散射长度来调控。
与此同时,我们发现孤子的幅度也可以利用种间散射长度来调控。
最后一章,对本文做了一个简单的总结,且对下一步研究工作进行了展望。
【英文摘要】Since the observation of two-componentBose-Einstein condensates (BECs) in the experiments, there are plenty of researches concentrating on the nonlinear phenomena of multi-component BEC. Experimentally, the controllable two macroscopical parameters are the external trapping potential and the strength of interatomic interactions. And the interatomic interactions could be modulated by means of Feshbach Resonance. In multi-component BECs, the interatomic interactions include both the intraspecies interactions and the interspecies interactions. Theoretically, the ultra-cold two-component BECs system in the mean field approximation can be well described by coupled time-dependent Gross-Pitaevskii (GP) equations. In this thesis, beginning with GP equations and applying multiple-scale method, we analytically study the dynamical properties of the two-component Bose-Einstein condensates trapped in a harmonic plus quartic anharmonic potential, and the dynamical properties and collision properties of the solitons in two-component BECs withtime-dependent interspecies interactions. The thesis is organized as follows:In chapter one, we introduce the elementary knowledge, the basic concept and theory of BEC. Then, we state the related experimental implementation and current theoretical research of two-component BECs. Based on the mean-field theory, we briefly deduce the GP equations, which govern the dynamics of the condensates. Finally, we present the multiple-scale method, which will be used in the following chapters for theoretical analysis, and give a summary of our work in this thesis at the end of this chapter.In chapter two, by using the multiple-scale method, we analytically study dynamical properties of two-component BECs trapped in a harmonic plus quartic anharmonic potential. It is shown that the anharmonic potential has an important effect on the dark solitons of the condensates. Especially, when the strength of the anharmonic external potential increases, the fusion of the two solitons becomes faster. This implies that the fusion of the two solitons can be controlled by an anharmonic potential.In chapter three, we analytically study the soliton dynamical properties of two-component BECs with time-dependent interspecies scattering length by using the multiple-scale method. It is shown that the interspecies scattering length hasan important effect on the solitons collision property of the condensates. The position, the time, and the frequency of the collision between two solitons are relative to thetime-dependent interspecies scattering length of the condensates. That is to say, the collision property of the two solitons in two-component Bose-Einstein condensates can be controlled by the time-dependent interspecies scattering length. Additionally, the amplitude of the solitons is also close related to the time-dependent interspecies scattering length.In Final chapter, we make a summary of our work and give some prospects in future works.【关键词】玻色-爱因斯坦凝聚孤子非谐势阱散射长度【英文关键词】Bose-Einstein condensates Soliton Anharmonic potential Scattering length【目录】二元玻色—爱因斯坦凝聚中的孤子动力学摘要4-5Abstract5-6第1章绪论8-22 1.1 玻色-爱因斯坦凝聚简介8-11 1.2 二元玻色-爱因斯坦凝聚11-13 1.3 二元玻色-爱因斯坦凝聚的研究现状13-18 1.3.1 二元玻色-爱因斯坦凝聚的实验观察14-16 1.3.2 二元玻色-爱因斯坦凝聚中的非线性物理研究16-18 1.4 本文主要研究方法、内容及意义18-22 1.4.1本文的主要研究方法—多重尺度方法18-20 1.4.2 本文的主要研究内容及意义20-22第2章非谐外部势对二元BEC 中孤子动力学的影响22-31 2.1 引言22 2.2 理论模型22-24 2.3 多重尺度展开及孤子解析解24-28 2.4 非谐外部势强度对二元BEC 孤子融合的影响28-30 2.5 本章小结30-31第3章含时种间相互作用下二元BEC 中孤子的碰撞行为31-39 3.1 引言31 3.2含时情况下的理论模型31-33 3.3 变系数KdV 方程及其孤子解析解33-35 3.4 二元BEC 中孤子的碰撞行为35-38 3.5 小结38-39第4章总结与展望39-41 4.1 论文工作总结39 4.2下一步工作的展望39-41参考文献41-47致谢47-48个人简历及攻读硕士学位期间完成的学术论文及研究成果48【采买全文】1.3.9.9.38.8.4.8 1.3.8.1.13.7.2.1 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【说明】本文仅为中国学术文献总库合作提供，无涉版权。
Feshbach共振下费米气体的BCS超流态摘要随着对超冷费米原子中分子BEC以及原子的BCS转变在实验上的实现，人们对超冷费米原子气体在实验方面的研究，已经进入了一个新的阶段。
对于超冷费米原子气体的过渡区，利用磁场作为外部控制手段来实现磁场Feshbach共振以改变原子间的散射长度。
超冷原子气体冷却技术成功用于冷却费米气体，实现了费米气体的超流态。
本文主要先介绍了玻色爱因斯坦凝聚态简介以及实现爱因斯坦凝聚态的实验技术（激光冷却技术、静磁阱技术及其发展过程、蒸发冷却技术、BEC的检测技术），接下来介绍了费米气体的制备，Feshbach共振技术和在Feshbach共振下的实验，最终得到费米超流体。
关键词玻色爱因斯坦凝聚，BEC-BCS跨越，Feshbach共振，费米子超流引言1995年，气态碱金属原子的玻色一爱因斯坦凝聚(BEC)的实现[1—3]激发了人们对超冷原子的研究热情。
2001年，Comell等人由于实现气态碱金属原子的BEC以及对其基本性质的研究，荣获诺贝尔物理学奖。
然而，冷却费米原子气体相对于冷却玻色气体而言，却是一项更难实现的工作。
因为在低温下，费米统计对散射的相空间做了一个很大的限制，这使得由一群捕获的稀薄费米原子所构成的系统很不容易达到热平衡。
另一方面，碱金属费米原子如40K和6Li，原子间的相互作用非常弱，这使得这些费米子不同自旋态间形成配对超流态的临界温度T才远低于目前实验c技术所能达到的温度。
所幸的是人们通过Feshbach共振[11]，解决了上述的问题。
并且在2003年底至2004年初，结合改变原子间散射长度的Feshbach 共振[4]，对束缚在光阱中的费米原子气体，在远低于费米温度的情况下实现了分子BEC[5-6]，取得了在超冷费米原子气体方面的很大突破。
随后，人们很快从实验上实现了原子库柏对的凝聚体[7]。
费米原子气体冷却至简并区技术的突破，为量子液体的研究打开了方便之门。
费米原子对的玻色-爱因斯坦凝聚
张礼
【期刊名称】《物理与工程》
【年(卷),期】2005(15)1
【摘要】通过磁场可以用原子散射的Feshbach共振来调节原子间的相互作用,使之成为排斥或吸引,以及改变作用的强度.运用这个方法可以使费米原子形成分子,也可以在多体作用下形成费米原子配对,在温度够低的条件下可以得到分子的BEC以及原子配对的凝聚体.这些现象在实验室中的实现是2004年物理学的重要成就之一.本文对此给予简短的评述.
【总页数】4页(P6-9)
【作者】张礼
【作者单位】清华大学物理系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.原子间相互作用对囚禁原子玻色-爱因斯坦凝聚隧穿动力学的影响 [J], 李锦茴;曾爱华
2.磁光捕获冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚的r研究进展 [J], 宋晓丽;冯放
3.费米原子对的玻色-爱因斯坦凝聚(续) [J], 张礼
4.玻色-爱因斯坦凝聚态的结构理论研究系列之一:玻色-爱因斯坦凝聚态的复合表示理论 [J], 张月清;王义遒;刘伍明;朱耀银
5.利用V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体与双模压缩光场相互作用制备双模原子激光 [J], 周明;黄春佳
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超冷分子的诞生与分子玻色—爱因斯坦凝聚文/金政一、介绍在1985~1986年，朱棣文教授(Steven Chu, 目前在美国的劳伦斯柏克莱国家实验室Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL)与William D. Phillips教授(目前在美国的国家标准及技术中心National Institute of Standards and Technology, NIST)成功的以雷射捕捉和冷却中性原子，此技术为原子物理学开启了一个新的纪元。
这项成就加上Claude Cohen-Tannoudji教授(目前在巴黎的Ecole Normale Supérieure, ENS)所作的理论研究于1997年获颁了诺贝尔物理奖。
近年来科学家对超冷原子气体的研究已有了长足的进展。
在1995 年有一个重大的突破，科学家将具有玻色子性质的原子进一步冷却，并观察到原子玻色—爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein Condensation)，简称为玻色凝聚。
由于这个实验，JILA的Eric A. Cornell教授、Carl E. Wieman教授与麻省理工学院的Wolfgang Ketterle教授分享了2001年的诺贝尔物理奖。
原子的玻色凝聚导致了许多重要的实验发现；例如，第一个物质波放大器[1]、物质波的孤立子(soliton)[2]和涡流(vortex)[3]以及在光晶格(optical lattices)中的量子相变(quantum phase transition)[4]。
在超冷原子气体的研究中我们提出了一个新的构想：是否也能对分子气体做类似的量子控制？若答案是肯定的，由分子组成的量子气体将能对相位和谐(phase coherent)的化学反应有全新的贡献；分子气体也可能提供更高精确度的精密量测，并加深我们对于费米系统中的库柏配对(Cooper pairing)现象及其超导或超流性质的了解。
光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚的开题报告1.引言玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensate,简称BEC）是一种由Bose粒子组成的物质状态，它是在单一的量子态中存在大量粒子的凝聚体。
它首次在1995年由美国和德国的研究小组通过冷却可以被控制的原子气体（最初是铷）实现。
自此以后，BEC已经成为量子物理中的重要研究领域之一。
本文旨在介绍光晶格中的BEC的研究进展，包括理论模型和实验进展等。
2.光晶格中的BEC的理论模型在光晶格中，原子被限制在一个周期性势场中，这种势场是由激光束交叉形成的。
当温度低于某个临界温度时，原子们在同一量子态上堆积在一起，形成BEC。
理论上，可以将这个过程建模为一系列方程，包括 Gross-Pitaevskii 方程和 Bose-Hubbard 方程等。
这些方程可以用于解释和预测BEC中的物理性质，例如超流性质和BEC的运动行为等。
3.光晶格中的BEC的实验进展在实验中，研究者可以通过调整激光束的参数，例如波长和幅度等，来调节光晶格中的周期性势场。
这些参数的调节可以改变势场的强度和周期性，从而影响BEC中原子的行为。
通过调节这些参数，研究者可以研究原子之间相互作用和BEC的超流性质。
另外，研究者也可以控制BEC的形态和大小等特性。
例如，研究者可以通过控制冷却速率、容器温度、磁场等条件，来控制BEC的大小和密度。
这些实验技术可以用于制备不同形态的BEC和研究其物理性质。
4.应用前景光晶格中的BEC已经被广泛研究，并有着广泛的应用前景。
其中，BEC的超流性质和量子纠缠性质等是研究者关注的重点。
BEC的超流性质可用于制备高精度陀螺仪，其量子纠缠性质则可用于量子通信等领域的研究。
此外，BEC还有可能被应用于制备高灵敏度的传感器、研究超导性质等领域。
5.结论光晶格中的BEC是一个极具挑战性和前景的研究领域。
理论模型和实验技术的不断发展，为研究者提供了更多的机会和手段。
