玻色-爱因斯坦凝聚的实现及应用

 玻色－爱因斯坦凝聚（Ｂｏｓｅ－ＥｉｎｓｅｉｎＣｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ,简称ＢＥＣ）是爱因斯坦于１９２５年预言的奇特的凝聚现象．７０年过去了,人们一直在寻找可能的ＢＥＣ候选者．近２０年来,随着碱金属原子的激光冷却和囚禁技术取得的巨大进展,高密度大数目产生超冷原子气体已成为可能,在此基础上,１９９５年,３个美国研究小组相继实验实现了碱金属原子气体ＢＥＣ,震惊了整个物理学界．ＢＥＣ是物理学家长期梦寐以求观察的物理现象,它的实现带来了广阔的应用前景．本文将对产生ＢＥＣ的物理条件,实验技术和研究历史作详细介绍,并简述ＢＥＣ研究的近期发展和重要应用──原子激光器．     

超冷原子物理学与原子光学

最近十多年来 ,一个新的领域———超冷原子物理学蓬勃地发展起来 .所谓“超冷” ,是指原子作为整体的平动速度极低 ,对应温度低于1ｍＫ( 1 0 -3Ｋ) .如此低温度下的原子体系 ,体现若干新的现象 ,遵从新的物理规律 .其中特别有意义的是原子气体玻色 爱因斯坦凝聚(ＢＥＣ)现象 ,2 0 0 1年的诺贝尔物理学奖就是授予在ＢＥＣ实验实现和性质研究方面做出重要贡献的Ｅ .Ａ .Ｃｏｒｎｅｌｌ,Ｗ .Ｋｅｔｔｅｒｌｅ和Ｃ .Ｅ .Ｗｉｅｍａｎ三位物理学家的 .超冷原子体系技术上能实现 ,有赖于发展于 2 0世纪 80年代的激光冷却和捕陷中性原子的方法 .鉴…     

在87Rb原子玻色-爱因斯坦凝聚体中 铷二聚物分子的形成

理论预言 ,处于玻色 -爱因斯坦凝聚 (ＢＥＣ)中的原子有可能结合形成双原子分子 .最近 ,来自美国德克萨斯大学的Ｗｙｎａｒ等已将上述预言变成现实 .他们通过相干双光子Ｒａｍａｎ过程 ,将处于ＢＥＣ的87Ｒｂ原子两两缔合 ,从而产生出铷二聚物分子———Ｒｂ2 .这些分子的平动动能几乎为零 ,并且同处于单一量子态 .在Ｗｙｎａｒ等的实验中 ,87Ｒｂ原子气首先被捕获在一个高真空光阱中 ,并接受激光冷却 ;然后 ,经预冷的原子气被转移到磁“ＴＯＰ”阱中 ,被实施射频感应的蒸发冷却 .通过以上步骤 ,实验者获得的87Ｒｂ原子ＢＥＣ具有低于 130ｎ…     

超冷原子物理学与原子光学(续)

2 .2　超冷原子气体的玻色—爱因斯坦凝聚(ＢＥＣ)玻色—爱因斯坦凝聚是一种相变 ,其特点是宏观数量的粒子处于同一量子态 .有关这一物理现象的较详细的讨论 ,读者可参阅笔者有关的评述文章[16 ] .(1 )ＢＥＣ的提出和有关研究的历史发展1 92 4年印度的物理学家Ｓ .Ｎ .玻色在其论文“普朗克定律和光量子假说”中提出了一种新的统计方法 ,他将论文寄给了爱因斯坦 .爱因斯坦认识到该论文的重要意义 ,将其从英文译成德文并加上评注后寄给《物理学期刊》发表[17] .爱因斯坦接着在同年及次年初接连发表了二篇文章[18] (“单原子理想气体的量子理…     

BEC实验研究新进展

玻色－爱因斯坦凝聚（ＢＥＣ）的实验实现,是近年来物理学领域中十分重要的一个进展．基于ＢＥＣ的形成继而实现的原子激射器［１］（ａｔｏｍｌａｓｅｒ）更展示了十分吸引人的应用前景,其在科学技术上的意义至今尚难以完全估计．目前,ＢＥＣ研究的核心仍然是ＢＥＣ的...     

让相干原子束更像激光

激光具有极佳的准直性以及随之而产生的无与伦比的聚焦性能．激光的应用遍及当今世界从高技术武器到摇滚音乐会场的各个领域．１９９５年,碱金属原子的玻色－爱因斯坦凝聚（ＢＥＣ）实验获得成功．之后不久,理论物理学家就作出了预言,从超冷的ＢＥＣ中可以发射像激光一样的相干原子束．１９９７年,麻省理工学院的Ｋｅｔｔｅｒｌｅ小组令相干原子流从捕获的ＢＥＣ中“滴出”,获得了物质波激射的雏形．随后,德国马普量子光学所（慕尼黑）的ＴｈｅｏｄｏｒｅＨ¨ａｎｓｃｈ小组和美国耶鲁大学的ＢＰＡｎｄｅｒｓｏｎ等也分别做出了有…     

原子间相互作用对原子激光压缩性质的影响

研究了原子间相互作用对光场与原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中耦合输出的相干原子束压缩性质的影响．结果表明：原子激光的两正交分量的涨落均可压缩，玻色-爱因斯坦凝聚体中原子间的相互作用不利于原子激光的压缩． 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 压缩相干态光场 压缩原子激光     

超冷费米原子气——40K

1995年 ,在美国科罗拉多州“实验室天体物理联合研究所”(简称ＪＩＬＡ)的科学家 ,对87Ｒｂ原子气 ,首次实现了玻色 -爱因斯坦凝聚 (ＢＥＣ)之后 ,ＢＥＣ实验又陆续在7Ｌｉ、2 3Ｎａ和1Ｈ等系统中获得成功 .在ＢＥＣ凝聚体中 ,超冷原子被锁定到单一量子态 ,从而使量子力学法则在宏观世界中得到了展示 .然而 ,上述进展仅仅是量子凝聚故事的一半 .如所周知 ,中性碱金属原子还有另外一半 ,即费米原子———6 Ｌｉ和4 0 Ｋ等 .它们在极低温条件下的行为将会怎样呢 ?最近 ,同是来自美国科罗拉多ＪＩＬＡ的物理学家Ｄ .Ｓ .Ｊｉｎ和她的研究生Ｂ .…     

原子间相互作用对光场和原子激光压缩性质的影响

对文献中给出的光场与二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)相互作用系统的哈密顿量进行分析，表明文献中对原子间相互作用部分的处理有不合理之处，文献中的处理过高估计了原子间相互作用的贡献，从而对该哈密顿量作出了改进.用改进的哈密顿量解析地求解了非旋波近似下光子和原子算符的运动方程，并结合BEC的有关实验条件对哈密顿量中的有关参数作出了估计，研究了光场与原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中，光场和耦合输出相干原子束的压缩性质.结果表明：光场两正交分量的涨落均随时间按余弦规律周期性地变化，原子激光的两正交分量 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 压缩相干态 光场的正交压缩 压缩原子激光     

玻色-爱因斯坦凝聚中的等效约瑟夫森效应

超导电子约瑟夫森位相相干实验已经成为研究宏观量子系统的范式（ｐａｒａｄｉｇｍ）．１９９５年在美国科罗拉多州,Ｅ．Ｃｏｒｎｅｌ和Ｃ．Ｗｉｅｍａｎ首次实现了碱金属原子的玻色－爱因斯坦凝聚（ＢＥＣ）．１９９７年,麻省理工学院（ＭＩＴ）的Ｗ．Ｋｅｔｅｒｌｅ小...     

超冷费米原子气体的超流动性

最近美国MIT的Ketterle W教授和他的同事们对超冷费米原子气体具有超流动性作出了实验论证，他们观察到在锂-6原子气体形成玻色-爱因斯坦凝结时会出现涡流运动，涡流呈现出持久的无摩擦的流动特性．Ketterle研究组用激光束将冷冻的原子固定在各自的位置上，然后再分离出若干激光光束来激发出涡流．通常玻色原子与费米原子在低温下的量子行为是很不相同的．     

玻色-爱因斯坦凝聚的物理实现及其应用展望

综述了形成玻色－爱因斯坦凝聚的物理条件及其近年来的研究进展情况．叙述了实现ＢＥＣ的几种关键实验技术，并展望了ＢＥＣ的应用前景     

原子激光的途径

1 玻色-爱因斯坦凝聚物 你如果用标准的激光冷却法去冷却原子气团到尽可能达到的低温度，就进人物理现象全新的世界．如果能够使低温气体的原子密集程度足够紧密，那么粒子之间的距离将和粒子的物质波的波长有相同的数量级．这就好像这些粒子随着宏观特征（彼此之间的距离）的变化而有一个经典的密度相变一样．     

光学相位锁定激光在原子玻色-爱因斯坦凝聚中实现拉曼耦合

采用光学相位锁定环路技术将外腔反馈式半导体激光器锁定到与钛宝石激光器输出激光频率上. 锁定后两束激光的差频线宽从MHz降低到Hz量级, 同时两束激光的频率差可实现几百兆赫兹到7 GHz的精密调节. 锁定的两束激光作用在铷原子玻色-爱因斯坦凝聚的两个基态超精细态F=2, 1, 观测到在两个超精细态之间的拉曼跃迁. 该技术可用于超冷原子两个超精细态之间自旋轨道耦合.     

原子的玻色-爱因斯坦凝聚

综述了玻色－－爱因斯坦凝聚（ＢＥＣ）实验研究工作的进展，介绍了玻色－爱因斯坦凝集的概念、形成条件和相关的实验技术，叙述了玻色－爱因斯坦凝集体（ＢＥＣ）和物理性质，展望了发展前景。     

铯原子双磁光阱中冷原子的输运：从推载到导引

在超高真空环境下实现中性原子的激光冷却与俘获，可以有效地避免背景气体对冷原子的碰撞所造成的影响，已成为玻色-爱因斯坦凝聚、冷原子光学腔量子电动力学、中性原子玻色-费米混合气体等实验研究的出发点。结合气室磁光阱和超高真空磁光阱的所谓双磁光阱，以其真空系统相对简单、参数易于控制、效率高等优点，得到了很大发展。双磁光阱既能在气室磁光阱部分从处于室温的原子背景中快速冷却和俘获原子，然后将其通过一定途径输运到超高真空磁光阱中，又能达到在压力极低的超高真空环境下制备冷原子的目的。     

诺贝尔奖得主的新贡献

20 0 1年度的诺贝尔物理奖被授予在原子气玻色 -爱因斯坦凝聚 (ＢＥＣ)领域作出贡献的三位科学家 :ＥｒｉｃＡ .Ｃｏｒｎｅｌｌ,ＷｏｌｆｇａｎｇＫｅｔｔｅｒｌｅ和ＣａｒｌＥ .Ｗｉｅ ｍａｎ .1995年 ,他们先后在87Ｒｂ蒸气和2 3 Ｎａ蒸气系统中实现了ＢＥＣ .今天 ,全世界已有 30多个研究小组开展了这一领域的实验研究 ,发表了 2 5 0 0 0多篇科学论文 .研究者们认为 ,通过实现ＢＥＣ可以提高原子钟的精度 ,并使卫星导航系统的定位精度提高到10ｃｍ左右 .此外 ,这项研究也与凝聚态物理的超导涡旋、超流涡旋密切相关 ,与宇宙中天体之间以及…     

关于Bose—Einstein凝聚

自１９９５年气体原子Ｂｏｓｅ－Ｅｉｎｓｔｅｉｎ凝聚发现以来，新成果不断涌现。文献「１」叙述了气体原子ＢＥＣ实验实现的物理基础以上发现过程。     

光场诱导的原子激光的量子相干性

基于伞量子理论,分别研究了几种重要的光场作用下,从原子玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)体耦合输出的原子激光的量子相干特性.结果表明,粒子数态光场诱导的原子激光总是反聚束的,相干态光场诱导的原子激光是任意阶相干的,而压缩相干态光场诱导的原子激光总是聚束的.表明用光场诱导产生的原子激光具有与初始光场完全相间的量子相干性质.     

玻色—爱因斯坦凝聚的物理实验及其应用展望

综述了形成玻色－爱因斯坦凝聚的物理条件及其的牢来的研究进展情况，叙述了实现ＢＥＣ的几种关键实验技术，并展望了ＢＥＣ的应用前景。