本文關(guān)鍵詞：退相干效應(yīng)及其在稀薄氣體中量子相干性上的表現(xiàn)

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【摘要】：退相干理論在解釋許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)起著十分重要的作用,同時(shí)也被認(rèn)為與測(cè)量問題有關(guān)。至今為止實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)在許多系統(tǒng)中觀察到了退相干效應(yīng)。冷原子系統(tǒng),尤其是玻色一愛因斯坦凝聚(BEC),為我們觀察多體系統(tǒng)的量子性質(zhì)提供了一個(gè)重要的平臺(tái)。在BEC臨界溫度以下,我們有GP方程可以描述整個(gè)體系,然而在高于但不遠(yuǎn)高于Tc的溫度區(qū)間,至今仍缺少一個(gè)完善的理論。本篇論文主要嘗試根據(jù)退相干理論在BEC臨界溫度之上建立一個(gè)原子原型。另外我們也對(duì)一個(gè)與混沌環(huán)境耦合的開放系統(tǒng)的退相干效應(yīng)的性質(zhì)進(jìn)行了一些探討。 本文分析了一個(gè)在BEC臨界溫度以上的實(shí)驗(yàn)(PRA.71,043615),在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中觀察到了熱原子形成的干涉條紋,實(shí)驗(yàn)中觀察到的條紋對(duì)比度高于熱原子模型的預(yù)期,意味著這里有額外的相干性。我們的分析表明,只是對(duì)熱原子模型做一些小的修正是無法解釋實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象的。根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)及BEC理論的啟示,我們從量子布朗運(yùn)動(dòng)出發(fā),構(gòu)建出一個(gè)新的原子模型。在這個(gè)模型中,即使在BEC臨界溫度以上,依然有部分原子可以處在凝聚的狀態(tài),我們稱之為相干凝聚態(tài)。利用退相干理論,對(duì)處于相干凝聚態(tài)的粒子數(shù),我們給出了了一個(gè)含有若干未定參數(shù)的解析表達(dá)式。我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)選擇合適的參數(shù)可以解釋實(shí)驗(yàn)中觀察到的大部分現(xiàn)象。為了驗(yàn)證這個(gè)模型,我們也提出了一些對(duì)將來的實(shí)驗(yàn)的建議。 另外,我們研究了一個(gè)與混沌環(huán)境相耦合的開放系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)當(dāng)退相干發(fā)生后,可以將環(huán)境的狀態(tài)用一些隨機(jī)選擇的態(tài)代替,這個(gè)操作我們稱之為環(huán)境隨機(jī)化(ROE)。我們發(fā)現(xiàn)即使此后整個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)發(fā)生變化,由這樣得到的態(tài)也可以很好地模擬和預(yù)言此后系統(tǒng)約化密度矩陣的演化。這意味著當(dāng)退相干發(fā)生時(shí),各指針態(tài)所耦合的環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)已經(jīng)確實(shí)消失了,或者說環(huán)境所包含的信息對(duì)我們來說已經(jīng)不重要了,這時(shí),我們可以將整個(gè)大系統(tǒng)的一個(gè)純態(tài)等價(jià)看成一個(gè)混合態(tài),如在多世界理論中,我們可以認(rèn)為此時(shí)世界發(fā)生了“分叉”。我們預(yù)期,ROE將會(huì)為“真正”的退相干和“分叉”提供一個(gè)判據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：退相干 冷原子 原子模型 混沌環(huán)境
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O562
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 插圖索引11-14
• 第一章 緒論14-18
• 第二章 退相干的一般理論18-32
• 2.1 相干性19-20
• 2.2 退相干和指針態(tài)20-25
• 2.2.1 相干性的消失20-21
• 2.2.2 環(huán)境導(dǎo)致的退相干21-25
• 2.2.3 小結(jié)25
• 2.3 不同耦合強(qiáng)度下的退相干25-31
• 2.3.1 弱耦合情況26-28
• 2.3.2 極強(qiáng)耦合28-29
• 2.3.3 中間耦合情況29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 冷原子系統(tǒng)32-54
• 3.1 玻色—愛因斯坦凝聚32-42
• 3.1.1 玻色—愛因斯坦分布和BEC臨界溫度(無相互作用粒子)32-36
• 3.1.2 BEC的量子力學(xué)定義36-37
• 3.1.3 原子間相互作用和交換相互作用37-38
• 3.1.4 Gross-Pitaevskii方程38-42
• 3.2 外場(chǎng)中的冷原子系統(tǒng)42-50
• 3.2.1 原子和外場(chǎng)的相互作用42-44
• 3.2.2 磁阱44-45
• 3.2.3 激光冷卻：多普勒(Doppler)過程45-47
• 3.2.4 塞曼減速47
• 3.2.5 磁光阱47-49
• 3.2.6 蒸發(fā)冷卻49
• 3.2.7 Feshbach共振49-50
• 3.3 本章附錄：隨機(jī)投影GP方程50-54
• 第四章 Ketterl小組的實(shí)驗(yàn)及分析54-68
• 4.1 布拉格衍射及實(shí)驗(yàn)描述54-55
• 4.2 熱原子模型55-61
• 4.2.1 最小不確定度高斯波包的自由演化57-59
• 4.2.2 一般單粒子態(tài)的干涉條紋59-60
• 4.2.3 熱原子干涉條紋60-61
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析61-68
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果61-62
• 4.3.2 速度選擇性62-64
• 4.3.3 玻色—愛因斯坦分布對(duì)條紋對(duì)比度的修正64-65
• 4.3.4 原子云的擴(kuò)散：經(jīng)典情況65-68
• 第五章 BEC臨界溫度以上的原子模型68-80
• 5.1 量子布朗運(yùn)動(dòng)68-71
• 5.1.1 Hu-Paz-Zhang方程68-69
• 5.1.2 有限溫量子布朗運(yùn)動(dòng)的指針態(tài)69-71
• 5.2 相干凝聚態(tài)71-74
• 5.2.1 高溫情況和可分辨粒子近似72
• 5.2.2 BEC臨界溫度T_c附近和混合模型72-74
• 5.3 相干凝聚態(tài)的比例74-80
• 5.3.1 不同相干長度粒子的比例74-76
• 5.3.2 相干凝聚態(tài)的比例隨溫度的變化76-80
• 第六章 混合模型對(duì)Ketterle小組實(shí)驗(yàn)的解釋80-90
• 6.1 混合模型的預(yù)言80-81
• 6.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)的解釋81-89
• 6.2.1 數(shù)值擬合策略81-82
• 6.2.2 τ_p=30μs的情況82-83
• 6.2.3 τ_p=10μs的情況83-88
• 6.2.4 小結(jié)88-89
• 6.3 未解決的問題和對(duì)將來實(shí)驗(yàn)的建議89-90
• 第七章 退相干與環(huán)境隨機(jī)化90-100
• 7.1 環(huán)境隨機(jī)化(ROE)90-91
• 7.2 數(shù)值模擬91-96
• 7.2.1 量子受擊轉(zhuǎn)子92
• 7.2.2 單量子比特模型92-94
• 7.2.3 數(shù)值模擬：ROE94-96
• 7.3 小結(jié)96-100
• 第八章 總結(jié)和展望100-102
• 參考文獻(xiàn)102-106
• 致謝106-108
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果10

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郝柏林;中性原子的玻色—愛因斯坦凝聚[J];物理學(xué)進(jìn)展;1997年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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2 戴漢寧;基于冷原子系綜的量子信息處理的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

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4 惠寧菊;多分量超冷玻色系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和量子相變[D];浙江大學(xué);2013年

5 耿嬌;超高光學(xué)厚度冷原子系綜中的光信息存儲(chǔ)[D];華東師范大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張著岳;外勢(shì)阱中相互作用玻色氣體的化學(xué)勢(shì)[D];廈門大學(xué);2009年

2 白守燕;兩種表象下偶極旋量BEC的量子基態(tài)相圖和量子隧穿[D];山西大學(xué);2013年

3 林志;光晶格中超冷玻色氣體的莫特絕緣態(tài)—超流態(tài)相變的研究[D];上海大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：525003