玻色_爱因斯坦凝聚领域Feshbach共振现象研究进展

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超冷原子中的玻色爱因斯坦凝聚研究进展

超冷原子中的玻色爱因斯坦凝聚研究进展超冷原子物理学是一个近年来迅速发展的领域，它的研究对象是经过极度冷却后的原子，通过这种低温状态的原子，科学家们得以观察和研究一些在常规温度下不易观测到的物理现象。其中，玻色爱因斯坦凝聚是超冷原子物理学中具有重要意义的一种现象。在本文中，我们将探讨超冷原子中的玻色爱因斯坦凝聚的研究进展。

一、玻色爱因斯坦凝聚的基本原理

玻色爱因斯坦凝聚是基于玻色子统计的一种现象，具体指的是在超冷原子的系统中，大量的玻色子通过波色-爱因斯坦凝聚的相变过程，聚集在系统的基态。这种基态的凝聚使其具有与传统概念不同的量子性质。玻色爱因斯坦凝聚的概念最早由印度物理学家玻色和爱因斯坦基于统计物理学的理论研究提出，并于1995年由美国物理学家Cornell 和德国物理学家Ketterle在实验上首次实现。

二、实验技术的发展

为了实现玻色爱因斯坦凝聚，科学家们采用了一系列的实验技术和方法。其中最重要的技术包括蒸发冷却技术、磁光陷阱技术和光涡轮技术。

蒸发冷却技术通过逐渐降低原子的温度来实现超冷原子的制备。科学家们利用光强和磁场的变化，创造出一种能够从原子云中去除高能态原子的机制。这种机制使得原子系统逐渐冷却，并最终实现玻色爱因斯坦凝聚。

磁光陷阱技术是一种通过磁场和激光束相互作用来操控和限制原子运动的方法。这种技术结合了磁场和激光束的优势，使得原子能够在一个特定的区域内不断碰撞和冷却，从而实现玻色爱因斯坦凝聚的制备。

光涡轮技术是利用光力学效应来控制原子运动的一种方法。通过激光的传播，科学家们可以在原子系统中创建旋转的光势阱，从而形成类似于飓风的涡旋结构。这种涡旋结构对原子的运动具有重要影响，为实现玻色爱因斯坦凝聚提供了一种新的途径。

原子气体玻色-爱因斯坦凝聚及在量子信息的应用

1.引言

1.1 概述

概述:

原子气体玻色-爱因斯坦凝聚是凝聚态物理学中一项重要的研究领域。在低温条件下，玻色子（具有整数自旋的粒子）可以聚集成一个巨大的量子态，形成所谓的玻色-爱因斯坦凝聚。这种凝聚态具有许多独特的量子性质，被广泛应用于量子信息科学中。

本文将首先介绍原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的基本概念和特点。我们将探讨玻色-爱因斯坦凝聚形成的条件和机制，并介绍凝聚态物质的一些基本性质，例如超流性和凝聚态的相变行为。

随后，我们将讨论原子气体玻色-爱因斯坦凝聚在量子信息科学中的应用。玻色-爱因斯坦凝聚作为一种凝聚态物质，具有其特有的量子特性，例如相干性和纠缠性，这些特性使其成为量子信息处理和量子计算的潜在载体。我们将介绍一些基于原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的量子信息应用，例如量子计算、量子模拟和量子通信等，并探讨它们在实际中的应用前景和挑战。

最后，我们将总结本文的主要内容，并展望原子气体玻色-爱因斯坦凝聚在量子信息科学领域的未来发展方向。通过深入了解原子气体玻色-爱因斯坦凝聚以及它在量子信息中的应用，我们可以进一步推动该领域的研究和技术发展，为量子计算和通信等领域的创新提供新的可能性。

1.2 文章结构

文章结构是指文章组织的框架和布局，它决定了文章的逻辑脉络和内容安排。本文按照以下结构展开：

2. 正文

2.1 原子气体玻色-爱因斯坦凝聚

原子气体玻色-爱因斯坦凝聚是指在极低温条件下，玻色子的统计行为使得大量玻色子占据量子基态，形成凝聚态的现象。我们将详细介绍原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的基本原理和实验观测情况。首先，我们将从玻色子的基本特性出发，探讨玻色-爱因斯坦凝聚的形成机制，包括玻色子之间的凝聚相互作用和玻色子与外界环境的相互作用等。然后，我们将介绍玻色-爱因斯坦凝聚的实验方法与技术，包括磁控制冷却、光刻和光阱技术等。最后，我们将讨论原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的应用前景，包括量子模拟、量子计算和量子通信等方面。

费舍巴赫共振

费舍巴赫共振是指一种特殊的共振现象，发生在特定的几何形状的材料中。这种共振现象是由费舍巴赫（Feshbach）于1958年首次提出的。费舍巴赫共振在原子、分子、核和凝聚态物质等系统中都有广泛的应用。

费舍巴赫共振的本质是通过外部调控，调控系统的内禀能级结构，使系统的某种态在不同的能级之间发生共振转化。在费舍巴赫共振的实验中，通常会通过改变外部磁场、温度或者其他参数来调控系统的内禀能级结构，从而实现共振转化。

费舍巴赫共振在原子物理中有着重要的应用。例如，在冷原子系统中，费舍巴赫共振可以被用来控制原子间的相互作用，实现原子的冷却和凝聚。此外，费舍巴赫共振还可以被用来调控原子的碰撞过程，实现原子的操控和量子信息处理。

在核物理中，费舍巴赫共振也有着重要的应用。通过费舍巴赫共振，可以实现核态之间的共振转化，从而探测核的结构和性质。费舍巴赫共振在核反应和核聚变等领域有着广泛的应用，对于理解核反应的机制和调控核反应过程具有重要意义。

在凝聚态物质中，费舍巴赫共振也是一个研究热点。通过调控凝聚态系统的能级结构，可以实现凝聚态物质的相变和性质的调控。费舍巴赫共振在超导体、拓扑绝缘体等凝聚态系统中有着重要的应用，为实现新型材料的设计和应用提供了新的思路。

总的来说，费舍巴赫共振是一种重要的共振现象，具有广泛的应用前景。通过调控系统的内禀能级结构，可以实现费舍巴赫共振，从而控制系统的性质和行为。费舍巴赫共振在原子、核和凝聚态物质等系统中的应用，为实现量子控制和新型材料的设计提供了新的思路和方法。

玻色爱因斯坦凝聚的现象及其特性

玻色爱因斯坦凝聚的现象及其特性玻色-爱因斯坦凝聚的现象及其特性

玻色-爱因斯坦凝聚是一种量子物理现象，是由一群玻色子聚集到低温下的同一量子态中而产生的。在这个状态下，大量的玻色子会占据

量子态的基态，形成具有凝聚性质的集体行为。本文将介绍玻色-爱因

斯坦凝聚的基本原理、特性以及与其他凝聚性质的对比。

一、玻色-爱因斯坦凝聚的原理与条件

玻色-爱因斯坦凝聚的基本原理可以通过玻色子的统计性质来解释。不同于费米子（如电子）遵循的泡利不相容原理，玻色子（如光子、

重子）服从玻色-爱因斯坦统计，即多个玻色子可以处于同一个量子态。当将大量的玻色子冷却到足够低的温度时，它们将趋向于占据能量最

低的基态，形成凝聚。

实现玻色-爱因斯坦凝聚有一定的条件，包括低温（通常在绝对零度附近）、高浓度的玻色子和强相互作用。低温条件可以通过使用激光

冷却和磁性冷却等技术来实现。为了增加玻色子的浓度，可以采用玻

色子气体的束缚或限制技术，使玻色子在有限的空间内大量积聚。此外，强相互作用可以通过调节玻色子之间的相互作用力来实现，例如

通过调控外加磁场或改变库仑作用等。

二、玻色-爱因斯坦凝聚的特性

1. 超流性：玻色-爱因斯坦凝聚物体现出超流性，即无粘性流动的性质。这是由于玻色-爱因斯坦凝聚体内的玻色子处于同一量子态，能够

以集体的形式流动而不受阻碍。

2. 凝聚波：玻色-爱因斯坦凝聚体中的玻色子在凝聚态形成的波函数体现出凝聚波的特性。凝聚波可以通过干涉实验来观察，表现出干涉

条纹和波动性质。

3. 凝聚体大小：玻色-爱因斯坦凝聚体的尺寸通常在微米到毫米的尺度范围内。凝聚体的大小与温度、浓度以及相互作用力等因素密切相关。

玻色_爱因斯坦凝聚的研究

玻色———爱因斯坦凝聚的研究

谢世标

(广西民族学院物理与电子工程系,广西　南宁　530006)

摘　要:　综述了玻色—爱因斯坦凝聚的由来、概念及其形成条件,并介绍了当前国内外玻色—爱

因斯坦凝聚研究的动态与进展及其前景展望。

关键词:　玻色—爱因斯坦凝聚;临界温度;激光冷却;磁陷阱

中图分类号:　O469　文献标识码:A　文章编号:1003-7551(2002)03-0047-04

1　玻色—爱因斯坦凝聚的由来

我们知道,自然界中,粒子按统计性质分为玻色(Bose)子和费米(Fermi)子。自旋为整数的粒子,如光子、π介子和α粒子是玻色子,玻色子服从玻色—爱因斯坦统计;自旋为半整数的粒子,如电子、质子、中子、μ介子是费米子,费米子服从费米—狄拉克统计。1924年6月24日,30岁的印度物理教师玻色送一份手稿给爱因斯坦,试图不依赖经典电动力学来推导普朗克(黑体辐射)定律的系数8πν2/c3,办法是假定相空间最基本区域的体积为h3。爱因斯坦亲自把玻色的手稿译成德文,送去发表,并在文末加注说:“我以为玻色对普朗克公式的推导乃是一项重大进步,所用方法也将导致理想气体的量子理论”。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。他于1924年和1925年发表两篇论文,将玻色对光子的统计方法推广到某类原子,并预言当这类原子的温度足够低时,所有的原子就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。但在很长一段时间里,没有任何物理系统认为与玻色—爱因斯坦凝聚现象有关。直到1938年,伦敦(F.London)指出,超流和超导现象可能是玻色—爱因斯坦凝聚的表现,玻色—爱因斯坦凝聚才真正引起物理学界的重视。不过这两种现象都发生在强相互作用的体系中。超流液氦中只有10%的原子凝聚;超导与玻色—爱因斯坦凝聚的关系要经过电子的配对,涉及更复杂的相互作用。只有近理想或弱相互作用的玻色气体的玻色—爱因斯坦凝聚,才更易于同理论比较,但一直没有实验证实。在上个世纪五十年代,物理学家发展了很多弱相互作用玻色系统的理论,华人物理学家杨振宁、李政道和黄克逊在这方面做了很出色的工作。然而这些理论在1995年之前都没有得到很好的验证。

两个玻色-爱因斯坦凝聚体间相互作用的数值研究

玻色-爱因斯坦凝聚体间的相互作用，是分子物理和分子化学领域的一个重要

课题。最近，一篇名为“数值研究玻色-爱因斯坦凝聚体间相互作用的分子物理学

家和分子化学家”的文章，深入研究了两种玻色-爱因斯坦凝聚体之间的相互作用。

文章首先提出了一种用于研究玻色-爱因斯坦凝聚体间相互作用的数值模型。

模型的基础涉及距离依赖的立体角空轨道相交势能，其中单电子偶极交互作用和多电子电子密度作为主要考虑项。这种方法有助于从分子的实验行为中精确地提取

出潜在的物理机理。

接下来，文章分析了两个玻色-爱因斯坦凝聚体之间作用的结果，包括：（1）

潜在能力曲线；（2）分子轨道聚合结构及其相关约束条件；（3）三体结合电荷补偿，以及（4）单电子偶极交换影响因素。

通过数值研究，文章解释了两个玻色-爱因斯坦凝聚体之间的复杂相互作用过程，得出可以解释实验数据的结果。文章结论指出，该数值模型可用于解释不同尺度上的非金属凝聚体间相互作用过程及其相关结果，可以作为对分子物理和分子化学领域其它研究工作的重要参考。

本篇文章报道了玻色-爱因斯坦凝聚体间相互作用的一项数值研究。文章首先

提出了一种数值模型，用于从分子的实验行为中抽取出潜在的物理机理。然后，文章对两个玻色-爱因斯坦凝聚体之间作用的结果进行了分析，得出可以解释实验数

据的结果，认为这种数值模型可用于解释不同尺度上的非金属凝聚体之间的复杂相互作用过程，为分子物理和分子化学领域提供重要的参考。

玻色-爱因斯坦凝聚的超快动力学研究

引言

玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation，简称BEC）是一种量子现象，在低温条件下，大量玻色子聚集成一个整体，共同处于基态，具有量子统计效应。自从1995年首次在钠原子中实现BEC以来，BEC已经成为冷原子物理学的热门研究领域。本文将重点介绍玻色-爱因斯坦凝聚的超快动力学研究。

1. 玻色-爱因斯坦凝聚的起源与性质

BEC的概念最早由爱因斯坦于1924年提出，他预言了一种基于波动统计效应的新形态物质。经过几十年的发展，1995年Cornell 和 Wieman以及Ketterle团队终于分别在钠原子气体和铷原子气体中实现了BEC。玻色-爱因斯坦凝聚的一个显著特征是凝聚态的宏观量子性质，如超流性和相干性。

2. 玻色-爱因斯坦凝聚的动力学过程

玻色-爱因斯坦凝聚的动力学过程包括形成、演化和衰减。形成过程中，原子被冷却到低温且高密度条件下，经过玻色-爱因斯坦凝聚相变形成凝聚态。演化过程中，凝聚态系统的时间演化受到外界条件和内部相互作用的影响，研究这种演化对于理解系统的性质和操控有重要意义。衰减过程中，凝聚态的稳定性受到热和非线性失谐等因素的影响，研究这种衰减可以揭示系统的耗散机制和相干性的损失等现象。

3. 超快动力学研究方法

超快动力学研究手段是通过利用超快激光技术，可以实现对凝聚态系统的快速激发和探测。其中，脉冲激光的瞬态响应可以

提供有关凝聚态的丰富信息，包括激发波包传播和扩展的速度、时间尺度等。同时，通过调制脉冲的时间和强度，可以研究凝聚态的非平衡动力学行为和相互作用效应。这些超快动力学研究方法在实验和理论上为研究BEC的性质和应用提供了重要的突破口。

原子芯片上玻色-爱因斯坦凝聚态研究

近几年来，玻色-爱因斯坦凝聚态研究成为物理学研究领域的热点，受到了越来越多的关注。玻色-爱因斯坦凝聚态是由玻璃体系中的玻色-爱因斯坦原子构成的，具有很高的技术含量，具有许多新的物理现象。在这一研究领域中，利用原子尺度力学计算是一项重要的手段。

为更好地研究玻色-爱因斯坦凝聚态的性质，物理学家开始利用芯片上小型原子系统作为模型，用以做出连续的物理解释。首先，研究人员借助科学家朱利叶斯·爱因斯坦创立的“量子力学”原理，在芯片上制备了含有玻色-爱因斯坦凝聚态的单原子。其次，利用激射多光子技术，可控制原子的内部态，模拟分子的自由度，以及所有的相互作用能，对原子之间相互作用力特性进行实时精确测量，用以解释玻色-爱因斯坦凝聚态的形成机制和基本特性。

芯片上玻色-爱因斯坦凝聚态的研究，不仅丰富了物理学研究范畴，而且在实际应用中有着重要的意义，可以有效地模拟现实物体，开发新材料，促使量子计算技术和工程的发展及应用。

玻色–爱因斯坦凝聚物的研究与应用

玻色–爱因斯坦凝聚物的研究与应用玻色–爱因斯坦凝聚物是在玻色子与磁场的作用下，低温下出现的一种宏观物质态。该现象由美国物理学家胡伯特·弗洛·斯内尔及其同事率先发现并研究，后来因为它的概念与理论与爱因斯坦发明的爱因斯坦凝聚被发现的过程中所涉及的物理概念和方程式相同而被命名为玻色–爱因斯坦凝聚物。本文将探讨它的研究和应用。

研究

玻色–爱因斯坦凝聚物的研究是一个相对较新的领域，需要高精度的实验装备和复杂的数据处理算法。在过去十年中，这一领域得到了快速的发展。研究者们发现，玻色–爱因斯坦凝聚物可以模拟各种宏观现象，如黑洞物理、引力、光谱红移等。此外，还有最近演示的基于玻色–爱因斯坦凝聚物的量子计算机、量子传感器等实用性应用。由于玻色–爱因斯坦凝聚物的独特物理性质，研究者们对其展开了许多有趣的探究和应用。

应用

一、模拟黑洞物理

玻色–爱因斯坦凝聚物可以模拟黑洞物理。在一定的空间尺度上，玻色–爱因斯坦凝聚物的物理特征与黑洞相似。例如，玻色–

爱因斯坦凝聚物中的光可以被“吸入”到物质中心，由于容纳光的

强度对称性破缺，玻色–爱因斯坦凝聚物可以产生类似黑洞的事件

视界，从而使得研究者有机会探索黑洞行为。

二、量子计算

在量子计算方面，玻色–爱因斯坦凝聚物可用于构建量子比特。通过对凝聚物的输运和干涉，可以制备出具有自旋（原子内部）

和导轨（外部运动）耦合自由度的玻色–爱因斯坦凝聚物。这种复

合自由度的量子比特可以实现更强大的量子计算能力。玻色–爱因

斯坦凝聚物量子计算机也有望大幅提高计算能力和运算速度。

三、基础物理学科研

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。

波色-爱因斯坦凝聚及其最新进展

原子总的自旋量子数为１奇数倍的粒子称为费米子，，２总的自旋量相空间密度提高了１个数量级，但也不能算是真正的波色一５爱因斯坦子数为１偶数倍的粒子称为波色子。１２／２９４年，波色和爱因斯坦预言当凝聚；，９年，后来１３美国伊利诺斯州立大学的研究小组用氧化亚铜中的９理想波色子气体被冷却到—爪ｌ临界温度以下时将会发生相变，从而形成激子进行波色一爱因斯坦凝聚实验，发现虽然这种体系中的相互作用力种新的物质状态。这种相变被称为波色一爱因斯坦凝聚（Ｅ）ＢＣ，而这种很弱，但是较为复杂，因而很难将有关激子的准确信皂实验数据中提取处于新状态的物质即为波色一爱因斯坦凝聚体。出来；直到１８９９年，碱金属原子气体，ａＫ，ｂｃ）入了实验物理Ｎ，Ｒ，ｓ才进１本理论基学者关注的视野。这些原子本质上具有相对简单的单电子结构，目是并．在常温下，原子的行为可以用经典粒子的概念来描述，即气体中的玻色原子，更为重要的是，它们由于存在磁矩还可以被磁场囚禁。并且由原子相互之间彼此不断地碰撞，并且每—个原子都表现出和其他原子所于气体中原子之间的相互作用很弱，更接近于爱因斯坦提出这一概念的不同的特性。但是当原子速度较小，外界温度较低的时候，他们的运动就系统，同时也很容易将实验结果同理论进行比较，这才确定了将碱金属原会显出非常有趣量子行为。当温度足够低时，所有的玻色子会趋向于紧密子气体作为进行波色一爱因斯坦凝聚实验的物质体系。地聚集在—个能量为最低的量子态上，并且在宏观上出现相同的量子特不过对于碱金属原子气体来说，只有当原子的数密度很小时才能使性。其原子间的相互作用很弱，而实际，原长二，与原根据波色一因斯坦统计原理，理想波色气体在达到热力学平衡子质量和温度的平方根成反比，爱而原子质量是很大的，导致在室温下热波时，处于ｆ能层中某—量子状态的的平均粒子数为， ‘ ｊ（），波长和原子间距差了好ｒ卜ｌ数量级。因此如果要想对碱金属原子气体实／其中ｋ为玻耳兹曼常量，为粒子的化学势。由此易知系统的总粒子数现原子的波色一爱因斯坦凝聚，就必须把原子温度冷却到／，ｚ这就需要Ｋ为 Ⅳ ∑ ‘一＝（） ∑ ＝，设处于能量区间 — ＋ｄ的粒子数￡寻求—种新的冷却方法。原子激光冷却是实现原子系统的波色一爱因斯坦凝聚的关键技术。值得—提的是这—重要技术早期发展的动机黾波ｄ＝Ｎ（ｍ２）色一因斯坦凝聚，爱而是为了实现高分辨激光光谱和超高精度的量子频贝 Ⅳ （ＩＪ＿＝ｌ一Ｗ２／有２（１标即所谓原子钟，）进而精确测量各种原子参数。为此，人们希望获，无复｛若我们将处于最低能级（：ｏ的粒子数用Ｎ表示，）。处于较高能级杂相互作用目八．乎处于静止状态的原子体系。低温下，一般的冷却办法会中的粒子数用Ｎ表示， ’ 那么系统的总粒子数就为Ⅳ＝＋］，｜即、ｒ，使原子＝．容器壁上凝结，只有原子阱和激光冷却技术才能使原子巧妙地减速到极限。实验物质体系的确立再加上激光冷却以及磁光阱囚禁技术的发展，物理学家开始尝试在气体中实现波色一爱斯坦凝聚。：ｏＶＮ＋（２Ｊ

全世界首次实现爱因斯坦凝聚态

在最近的科学突破中，全世界科学家团队首次实现了爱因

斯坦凝聚态的制备。这一重要的科学成果具有潜在的应用前景，将为量子计算和量子通信等领域带来新的突破。

爱因斯坦凝聚态是一种特殊的物质状态，处于超低温下的

低维系统中，几百万个玻色型原子以相干的方式集聚在一起形成一个宏观量子态。这种凝聚态的产生和研究在理论物理学家的长期努力下，终于在最近取得了突破性进展。

在过去的几十年里，科学家已成功制备了玻色-爱因斯坦凝

聚态（BEC），这是爱因斯坦凝聚态的一种形式。然而，制备和控制费米-爱因斯坦凝聚态（FEC）一直被认为是更具挑战

性的任务。费米子是一类遵循费米-狄拉克统计的粒子，这使

得它们不能聚集在相同的量子态上，因此实现FEC一直被认

为是一项难以解决的问题。

然而，这个全世界的科学家团队成功地克服了这一挑战，

并首次实现了FEC的制备。他们利用冷原子物理实验中的新

进展，采用了一种精确的激光冷却技术，使费米子原子冷却到绝对零度附近的超低温状态。通过调节外部磁场，科学家们控制了原子间的相互作用，从而实现了FEC的制备。

这次实现FEC的突破性成果为量子计算和量子通信等领域带来了巨大的潜力。量子计算是一种新型的计算模式，利用量子力学规律中的超级叠加和量子纠缠等特性，可以在相对较短的时间内解决传统计算机需要几百年才能解决的问题。然而，要实现量子计算，需要制备和控制大量的量子比特，而FEC 的实现为这一目标提供了新的途径。由于费米子之间的相互作用可以用来存储和处理信息，FEC的成功将极大地促进量子计算的发展。

玻色-爱因斯坦凝聚的有关研究

玻色-爱因斯坦凝聚的相关研究

The related research on Bose-Einstein

condensation

化学与分子工程学院

98级应用化学系

刘睿

摘要

本文对玻色-爱因斯坦凝聚中的唯里关系及分子凝聚进行了研究。在综述里本文先阐明玻色-爱因斯坦凝聚的基本概念，介绍相关的实验进展。在第二章里我们对二维空间涡流状态束缚的零温玻色-爱因斯坦凝聚的Gross Pitaevskii方程用唯里能量关系进行详细的分析并对其数值解进行讨论。第三章对分子态的玻色-爱因斯坦凝聚的形成及性质开展了探讨。

Abstract

The purpose of this dissertation is to deeply understand the virial-relationship in Bose-Einstein condensation and the molecular

Bose-Einstein condensate. A comprehensive review of the basic concepts of Bose-Einstein condensation, including its theory, experiments and technical skills is presented. We test the result of the Gross Pitaevskii equation of the trapped zero temperature Bose Einstein condensed atomic gases with Virial theorem in the two dimensional space of the vortex state. The numerical solution of virial relationship of the system is analyzed in detail. We also discuss the formation and properties of MBEC (molecular Bose-Einstein condensation).

玻色爱因斯坦凝聚及其进展

玻色—爱因斯坦凝聚及其进展

包志理

（天水师范学院物理与信息科学学院物理系甘肃天水741001）

摘要：近年来，有关玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的实验研究得到了快速发展，并取得了一系列重大的实验进展。本文综述了玻色—爱因斯坦凝聚的由来、概念及其形成条件，并介绍了一些玻色—爱因斯坦凝聚的实验，展望了其发展前景。

关键词：玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)；激光冷却与囚禁；原子激光

0引言

自从1924年玻色和爱因斯坦预言玻色—爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation 简称BEC)以来，人们就玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)的实现及其量子统计性质进行了长期的深入系统的理论研究与实验探索，并取得了一系列重大的实验进展。在爱因斯坦理论预言之后70年，1995年终于在实验室里看到了中性原子的玻色一爱因斯坦凝聚(BEC)。这成为物理学的一件大事，美国《科学》杂志把BEC选为1995年度的“分子”。基于“在稀薄的碱金属气体中成功地获得玻色一爱因斯坦凝聚，并对凝聚体特性进行的早期基础性研究”方面的杰出贡献，美国国家标准技术研究所与科罗拉多大学的联合天体物理研究所(JILA)39岁的教授康奈尔(ell)和50岁的教授维曼(C.E.Wieman)以及美国麻省理工学院(MIT)43岁的德裔教授凯特勒(W.Ketterle)被授予2001年诺贝尔物理学奖。为何人们对BEC如此关注和重视？本文对玻色—爱因斯坦凝聚的由来、概念及其形成条件，及玻色—爱因斯坦凝聚的一些实验作一介绍，并展望了其发展前景和相关的应用。

Feshbach共振作用下的玻色爱因斯坦凝聚

非常有效的工具, 是 2004- 2005 年国际科学界最重要的
进展.
Feshbach 共振的本质是粒子间的散射问题. 散射现象是自然界的普遍现象, 散射实验在物理学的发展中显示
了重要作用: 1911 年卢瑟福的粒子散射实验确立了原
子的有核模型; 1914 年弗兰克和赫兹的电子与汞原子的
a = a0 - 2k
式中 a0 是远离共振时的散射长度; 是共振峰宽度, 共振
时a
. 重要的是, 闭道的束缚态位置, 即参数可以
用磁场来调节. 令束缚态的磁距为 0 , 单个原子的磁距为
i , 那么散射态的磁距为 2 i 在磁场中散射态和束缚态的
能量差为( 2 i - 0 B)
从而有: a = a0 - 2k = a0 - 2k( 2 i - 0 ) ( B - B0 )
相互作用强度成正比, 所以在有 Feshbach 共振的系统里,
可以改变磁场来调节原子的散射长度和原子间的相互作
用强度. 并且这个相互作用强度可以任意地改变, 所以
Feshbach 共振在玻色 - 爱因斯坦凝聚领域应用非常
广泛.
共振时, a
属气体里也先后观测到了 F eshbach 共振, 玻色子系统

原子的玻色爱因斯坦凝聚

The Atom Bose-Einstein condensation

物理学院技术物理系98级李丹

摘要

本文综述了玻色－爱因斯坦凝聚(BEC ：Bose-Einstein Condensation )实验研究工作的进展，介绍了玻色－爱因斯坦凝聚的概念、形成条件等，描述了其物理性质，并用Tsallis 的一般热统学，研究其在

01→-kt q 下的渐进行为．最后展望了其发展前景．

Abstract

The paper summarizes the development of the experimental research work on Bose-Einstein condensation (BEC), demonstrates its concept and the conditions of formation, characterizes its physical properties. Meanwhile, it studies the progressive feature when 01→-kt q

with

thermostatistics. At the end, it prospects its vista of development. 早在1924年，玻色和爱因斯坦就曾在理论上预言了玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation, 简写做BEC ）现象的存在．BEC ，即在一定的温度下，无相互作用的玻色子会在最低能量量子态上突然凝聚，达到可观的数量．从那时起，物理学家都希望能够在实验上观察到这种物理现象，但是由于找不到合适的实验体系以及实验技术的限制，玻色－爱因斯坦凝聚的早期实验研究进展十分缓慢．早期研究的目标，主要集中在实验物质体系的选择方面．玻色－爱因斯坦凝聚是一种非常普遍的物理现象，玻色－爱因斯坦凝聚的体系可以是气体，液体，固体，也可以是原子核和基本粒子，甚至还可以是中子星或超新星中的物质．要在实验上观察到玻色－爱因斯坦凝聚，需要选择一种合适的特定体系．这种体系的温度要足够低，以至于粒子的德布罗意波长(db λ)大于粒子间的平均距离．理论讨论的“理想”体系，即没有相互作用的体系，实际的体系一般在冷却到(db λ)约为粒子间距前早已经变成固体了．1938年，法国的London 首先把超流态液氦与金属超导体看作为玻色－爱因斯坦凝聚的体系，超流态液氦与金属超导体一样具有量子简并特性，液氦超流的本质是玻色－爱因斯坦凝聚，但由于粒子间的相互作用很强，凝聚的特征不是太明显．1959年芝加哥大学的Hecht 提出用自旋极化的的氢原子气体作为玻色－爱因斯坦凝聚的体系，但实验上一直进展不大．后来，人们将目光转向半导体中的激子．1980年，巴黎大许的Hulin 提出用氧化亚铜(2Cu O )中的激子进行玻色－爱因斯坦凝聚实验，美国伊利诺斯州立大学的研究小组于1993年报道了有关的实验结果，这种体系中的相互作用力很弱但是较为复杂，难以从实验数据中提取激子的有关信息，因而也不能看作是真正的玻色－爱因斯坦凝聚．碱金属原子用于玻色－爱因斯坦凝聚研究的历史并不长．1989年，Wieman 和Chu 等人认为，用碱金属原子气体可以进