光晶格中超冷玻色氣體量子臨界行為的研究

《光晶格中超冷玻色氣體量子臨界行為的研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由呂寶龍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光晶格中超冷玻色氣體量子臨界行為的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：呂寶龍
• 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院

項目摘要

光晶格中的超冷玻色氣體進入量子臨界區域將呈現豐富的多體量子行為。本項目主要研究超冷銣原子氣體在一維光晶格系統中的量子臨界行為。實驗上著重調控參數大範圍的變化：不僅要達到接近Mott相變的光晶格強度，而且將利用弱磁阱冷卻方法將冷原子氣體溫度降至nK甚至於亞nK量級，驅使二維的子凝聚體達到BKT轉變條件。為提取系統的相干及統計信息，將分別採用密度分布、密度機率分布、密度-密度關聯以及高分辨原位成像等探測方法。理論上建立相應的模型分析揭示相關的物理機制。項目工作不僅有助於提高BEC的操控技術，更關鍵的目標在於觀察BKT轉變溫度之上非束縛量子渦旋對系統相干性的影響，發現BKT轉變誘發的新奇量子現象，發現和認知量子臨界區域的普適行為。

結題摘要

光晶格中的超冷玻色氣體在超流和Mott絕緣相之間存在一個量子臨界區域，在該區域將呈現豐富的多體量子行為。本項目主要研究一維光晶格中的超冷銣原子氣體，利用相位漲落和密度機率分布等探測方法發現和認知量子臨界區域的普適行為。本項目在相位漲落測量以及量子臨界區域的表征方面取得了重要研究成果。相位漲落是研究光晶格系統量子相變的一個重要物理量，測量相位漲落有助於深入了解系統從超流到量子臨界區的變化。我們發展了一種測量光晶格系統相位漲落的新方法，並在實驗上予以驗證。與Kasevich研究組所用的方法(C. Orzel, et al. Science 291, 2386 (2001))相比，我們的方法不依賴於干涉峰的可見度，即使在光晶格深度非常高的情況下仍然有效，而且可推廣到2D、3D光晶格系統。研究成果已發表在Phys. Rev. A上（PRA 86, 053609 (2012) ）。我們系統研究了一維光晶格中超冷銣原子在量子臨界區域的密度機率分布，實驗上發現了一個普適行為，即BKT相變溫度之上的量子臨界氣體呈現指數形式的密度機率分布。我們的理論模型證實，在該臨界區域同時存在的兩類相位漲落是導致指數形式密度機率分布的原因。我們的結果表明密度機率是一個可用來表征量子相變的重要物理量。研究成果已發表在New Journal of Physics上（NJP 17, 063015 (2015) ）。