玻色-爱因斯坦开题报告__李世立2

附录：开题报告

玻色-爱因斯坦凝聚及其应用展望

1 选题依据

1．1 选题背景

1924年印度物理学家玻色提出以不可分辨的n个全同粒子的新观念，使得每个光子的能量满足爱因斯坦的光量子假设，也满足玻尔兹曼的最大机率分布统计假设，这个光子理想气体的观点可以说是彻底解决了普朗克黑体辐射的半经验公式的问题。可能是当初玻色的论文因没有新结果，遭到退稿的命运。他随后将论文寄给爱因斯坦，爱因斯坦意识到玻色工作的重要性，立即着手这一问题的研究，并于1924和1925年发表两篇文章，将玻色对光子(粒子数不守恒)的统计方法推广到原子(粒子数守恒)，预言当这类原子的温度足够低时，会有相变—新的物质状态产生，所有的原子会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，这就是我们所说的玻色-爱因斯坦凝聚。

1938年Landau提出液氦(He4)超流本质上是量子统计现象，是BEC的反映, 并计算出临界温度为3.2K。从此BEC开始受到重视。从那时起,物理学家都希望能在实验上观察到这种物理现象,但由于找不到合适的实验体系和实验技术的限制,玻色-爱因斯坦凝聚的早期实验研究进展缓慢。

20世纪90年代以年来,由于大家所熟知的三位物理学家（Chu（朱棣文）, Cohen, Phillips)的杰出工作，激光冷却与囚禁中性原子技术得到了极大发展，为玻色-爱因斯坦凝聚奇迹的实现提供了条件。

1995年实验观察气相原子的玻色-爱因斯坦凝聚的愿望终于实现了!第一批实现BEC的几个研究小组分别来自美国科罗拉多大学实验天体物理联合研究所(JILA) 、美国莱斯大学（Bradley小组）、麻省理工学院(MIT)（Davis等人）这三个实验宣告了实验观察玻色-爱因斯坦凝聚的实现,在物理界引起了强烈反响,是玻色-爱因斯坦凝聚研究历史上的一个重要里程碑。

此后，有关BEC的研究迅速发展，观察到了一系列新的现象。如BEC中的相干性、约瑟夫森效应、蜗旋、超冷费米原子气体。其中许多是当年爱因斯坦和玻色未曾想象过的，BEC招致了诸多领域现代物理学家的关注。

1．2研究的目的和意义

学习玻色—爱因斯坦凝聚的基本概念及其形成条件，并深刻认识玻色—爱因斯坦凝聚的基本性质，展望其应用前景。

玻色-爱因斯坦凝聚是独一无二的量子力学相变，因为它是在原子间无相互作用条件生的。在科学上，玻色-爱因斯坦凝聚对基础研究具有重要意义，它证实了存在一种新的物质态，为实验物理学家提供了一种独一无二的新介质。在应用上，科学家们已提出了很多设想，如改善精密测量的准确度，制造原子钟、原子干涉仪，测量原子物理常量和微重力；现实光速减慢、光信息储存、量子信息传递和量子逻辑操作；进行微结构刻蚀等。例如，玻色-爱因斯坦凝聚体中的原子几乎不动，可以用来设计精度更高的原子钟，以应用于太空航行精确定位等。

凝聚体具有很好的相干性，可以用于研制高精度的原子干涉仪，测量各种势场，测量重力场加速度的变化等。另外，以芯片技术为例，传统的芯片技术现已接近发展极限，因为目前的芯片都是利用普通激光来完成集成电路的光刻，而普通激光的波长是有限的。今后，如果利用原子激光来进行集成电路的光刻，将大大提高集成电路的精密度，因此将大大提高电脑芯片的运算速度。随着玻色-爱因斯坦凝聚研究的深入，也许它会像发现普通激光那样给人类带来另一次技术革命。

在课题完成的过程中，需要掌握已学过的理论知识，结合文献锻炼自己的归纳整理能力，这样不仅可以巩固知识以及对加深对概念的认识和理解，并为以后的学习和科研奠定一定的基础。

1.3 研究方法

主要是通过书籍和网络等收集中外文素材，理清思绪，将所搜集到的文献资料归纳、整理及分析比较，阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述。

2 论文结构

2．1 文章的总体结构

1.摘要

2.关键词

3.引言

4. 玻色-爱因斯坦凝聚的实现过程

5. 实现BEC的冷却机制

6. 几种常见的捕陷势阱

7. 囚禁在势阱中的BEC凝聚体的基本性质

8.玻色-爱因斯坦凝聚的研究动态和前景展望

9. 参考文献

2.2 实际应用的相关知识

玻色-爱因斯坦凝聚形成的物理条件、玻色-爱因斯坦凝聚体的波函数与化学式问题、理想气体中的玻色-爱因斯坦凝聚现象及机理、多种原子的玻色-爱因斯坦凝聚研究状况如何、分子的玻色-爱因斯坦凝聚研究以及近况、原子BEC的获得方法、外势阱约束,空间维数,有限粒子数等多方面因素对玻色-爱因斯坦凝聚的影响、玻色-爱因斯坦凝聚现实应用及未来分析

2．3主要解决的问题

了解玻色爱因斯坦的基本理论和性质，阐述玻色爱因斯坦的相关研究，通过相关文献认识玻色爱因斯坦凝聚并对其深入研究，阐述自己的认识和看法。展望玻色爱因斯坦凝聚的应用前景

3．工作进度计划及目前研究现状

2011年11月—2012年1月：

检索文献、查阅资料、课题所需的中外文素材；理清课题脉络，为下一阶段做准备；

2012年2月—2011年3月底：

收集上一息阶段遗留下来的素材并筛选信，初步形成毕业论文的写作思想，完成开课报告；

2012年4月——2012年5月；完成毕业论文初稿。

目前为止，我搜集了一些关于玻色-爱因斯坦凝聚的文献，了解了玻色-爱因斯坦凝聚的一些性质和用到的理论知识，对论文的框架结构有了初步认识，在接下来的论文设计中，要更加的细致并认真地搜集材料，以便能更好的完成论文。

4 文献综述（或参考文献）

[1] Li Shiqun , Lu Yajun , and Huang Hu. Chinese Journal of Quantum

Electronics ,1997 , 14 (1) : 1-11 (in Chinese).

[2] Wang Yiqiu. Physics , 1998 , 27(3) : 131-122 (in Chinese).

[3] Wang Yuzhu , Li Mingzhe , and Long Quan. Physics , 2002 , 31(5) : 269-271 (in