諧振腔中低溫原子氣體性質的理論研究

《諧振腔中低溫原子氣體性質的理論研究》是依託中山大學，由俞振華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：諧振腔中低溫原子氣體性質的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：俞振華
• 依託單位：中山大學

中文摘要

現有的低溫原子氣體的研究大多局限於原子間短程相互作用的框架內。將低溫原子氣體載人諧振腔中，有望通過諧振腔中腔光子作為媒介實現原子間的長程相互作用。這種原子與諧振腔中光場的強耦合已在實驗上發現的諧振腔中BEC的超輻射現象中展現出奇妙的效應。我們隨即對諧振腔中單分量費米氣體的理論研究揭示費米子和玻色子的不同的量子統計決定了不同的超輻射轉變條件。本項目將研究諧振腔中兩分量費米氣體的超輻射轉變。我們將重點研究分量間的相互作用在BEC-BCS crossover中對超輻射轉變條件的影響。我們還將確定在什麼樣的實驗參數空間裡，費米子的自旋自由度能和腔光場強耦合在一起，從而研究由自旋關聯驅使的超輻射轉變。

結題摘要

將低溫原子氣體載人諧振腔中，通過諧振腔中腔光子作為媒介，原子間會形成有效的長程相互作用，導致新的量子現象，是超越了原本低溫原子氣體局限於原子間短程相互作用的研究架構。本項目對諧振腔中的原子氣體這一複合體系的性質開展了系統的研究。我們的研究成果已整理髮表於論文共12篇，包括PRL一篇，Nature Physics一篇，6篇PRA Rapid Communication-其中2篇為Editor’s Suggestion。 我們首先研究了光腔中費米原子氣體在Feshbach共振連續調節下通過BEC－BCS漸越的時對超輻射的影響。我們發現，隨著原子間相互作用的連續調節，超輻射轉變也連續的從玻色統計性質決定變到有費米統計性質決定，強相互作用可以有助於超輻射發生。此成果發表於PRA, 91, 021602 (R) (2015). 我們進一步理論研究了適用Bose-Hubbard模型的玻色原子氣體當強關聯效應顯著時對超輻射的影響。我們發現由於導致Mott-超流體相變的強關聯的作用，體系存在四個不同的相：正常超流體相，具有超輻射光的超流體，正常Mott絕緣體和具有超輻射光的Mott絕緣體。此成果發表於PRA 93, 041601(R) (2016)。 以上研究表明原子氣體本身所處的狀態對超輻射轉變至關重要。於是我們開展了一系列從原子氣體本身狀態入手的研究。最近實驗上不斷發現原子氣體的高分波Feshbach共振。我們首先研究了p波費米氣體的多體關聯普適性關係，並得到了實驗證實，繼而建立了p波關聯的動力學演化理論。這方面的成果已發表於PRL 115, 135304 (2015)和Nature Physics 12，599 （2016）。我們還在此基礎上建立了d波及其他高分波的有效場論模型，成果發表於PRA 95, 043609 (2017) 。 此外，我們還研究了原子間相互作用導致的少體效應及流體力學特性。這些研究結果為進一步研究當原子氣體與諧振腔模式耦合時的量子效應提供了基礎。