玻色-爱因斯坦凝聚体动力学

2009-11  

科学  

刘杰  

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由量子薛定谔方程描述的微观世界，展现出丰富多彩的行为，如量子隧穿、相干等。近年来，由于实验技术的发展，人们在实验室里观测到许多有趣的新现象。例如，1995年实验室实现了玻色一爱因斯坦凝聚，其丰富多彩的动力学行为引起了人们的广泛兴趣，人们观测到宏观量子隧穿、相干、量子涡旋、非线性孤子和超流现象。这些现象反映了量子波函数的非定域性以及海森伯不确定性以及起源于相互作用的玻色粒子的集体激发。微观量子体系的运动是极其复杂的，其解析求解或数值求解都是很困难的。另外，经典哈密顿系统的数学理论在过去的几十年里得到了长足发展。人们的认识从寻找系统的首次积分开始，直到发现具有足够多首次积分的经典哈密顿系统（即可积系统）实在是寥寥无几，从而发展出处理近似可积系统的理论和方法，如KAM理论等。传统的量子物理与经典哈密顿的联系就是所谓的对应原理：当有效普朗克常数远小于1时，系统的量子行为将被抑制，经典哈密顿力学将给出很好的近似描述。这里有效普朗克常数可以是波长与系统尺度的比，也可以是一个量子态在相空间所占体积与整个相空间体积的比。但是，由于薛定谔方程自身特有的结构，其描述的Hilbert空间量子运动可以分解为一个总相位的时间演化和一个投影Hilbert空间的运动。后者满足一个经典哈密顿正则方程。注意，这里我们不需要应用量子一经典对应原理的近似。上述投影Hilbert空间中的经典哈密顿可以给出量子态演化的精确描述。因而，我们可以利用经典哈密顿理论，包括不动点分析、正则变换、平均方法和庞加莱截面方法，来研究量子运动。这些方法具有如下优点：①相对于非定域的具有测不准性质的复空间的量子波函数，实空间经典轨道可以给出简明直观的物理图像；②可以推广研究“非线性”的量子演化。这里的“非线性”是指薛定谔方程中具有非线性项。例如，平均场描述玻色一爱因斯坦凝聚中相互作用项。

本书是关于玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)动力学的一本专著。全书共分9章，着重探讨了BEC的非线性动力学，特别是非线性量子隧穿、相干及不稳定性。本书总结了作者近些年来关于BEC动力学方面的一些最新研究成果，阅读本书可使读者尽快了解这一研究领域的前沿。 本书适合物理、力学、数学、天文等有关专业的科研人员及研究生参考，也可供相关专业的科研人员参考。

刘杰，研究员/教授/博导，南京大学理学博士。曾在美国Texas（Austin）大学、乔港浸会/中文大学、新加坡国立大学等访问研究。主要研究极端条件下物理体系的复杂动力学。这里的极端物理条件是指超强外场（聚焦功率密度为1016-1020W/cm2的激光场）和极低的物理温度（nK）。主要研究的复杂行为包括：超强激光场中的原子和分子的阀上电离、非序列电离、高次谐波、稳定化；团簇的库仑爆炸和电子电离子加速；超冷玻色-爱因斯坦凝聚体的超流性、隧穿、相干、不稳定性、准粒了激发等动力学性质。目前是国家重大研究计划非线性科学专家，国家重大研究计划最了操控子课题负责人。发表SCI文章百余篇。荣获部委级科技奖、杰出青年基金奖励、杨振宁访问学人奖励及于敏数理奖等奖励。

前言第1章 BEC动力学基本理论 1.1 引言 1.2 平均场下的Gross-Pitaevskii方程 1.3 准粒子激发的Bogoliubov-de Gennes方程 1.3.1 Bogoliuboy激发的基本动力学理论 1.3.2 准粒子Bogoliuboy激发的半经典动力学 1.4 离散的Gross-Pitaevskii方程及等效经典哈密顿表示 参考文献第2章 双势阱BEC的非线性量子隧穿 2.1 非线性Josephson周期振荡 2.2 通向自囚禁的量子相变 2.2.1 通向自囚禁的相变及标度律 2.2.2 多体量子涨落效应 2.3 双势阱BEC自囚禁现象的周期调制效应 2.3.1 高频调制（w>>ν） 2.3.2 低频调制（w

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《玻色-爱因斯坦凝聚体动力学:非线性隧穿、相干及不稳定性》是由科学出版社出版的。

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如果物质不断冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去，比如说，接近绝对零度（-273.15℃）吧，在这样的极低温下，物质又会出现什么奇异的状态呢？ 　　这时，奇迹出现了——所有的原子似乎都变成了同一个原子，再也分不出你我他了！这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态（以下简称“玻爱凝聚态”）。玻色-爱因斯坦凝聚态 　　这个新的第五态的发现还得从1924年说起，那一年，年轻的印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文，提出了一种关于原子的新的理论，在传统理论中，人们假定一个体系中所有的原子（或分子）都是可以辨别的，我们可以给一个原子取名张三，另一个取名李四……，并且不会将张三认成李四，也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定，认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子（如两个氧原子）有什么不同。 　　玻色的论文引起了爱因斯坦的高度重视，他将玻色的理论用于原子气体中，进而推测，在正常温度下，原子可以处于任何一个能级（能级是指原子的能量像台阶一样从低到高排列），但在非常低的温度下，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子。打个比方，练兵场上散乱的士兵突然接到指挥官的命令“向前齐步走”，于是他们迅速集合起来，像一个士兵一样整齐地向前走去。后来物理界将物质的这一状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC），它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。这就是崭新的玻爱凝聚态。 　　然而，实现玻爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾：一方面需要达到极低的温度，另一方面还需要原子体系处于气态。极低温下的物质如何能保持气态呢？这实在令无数科学家头疼不已。 　　后来物理学家使用稀薄的金属原子气体，金属原子气体有一个很好的特性：不会因制冷出现液态，更不会高度聚集形成常规的固体。实验对象找到了，下一步就是创造出可以冷却到足够低温度的条件。由于激光冷却技术的发展，人们可以制造出与绝对零度仅仅相差十亿分之一度的低温。并且利用电磁操纵的磁阱技术可以对任意金属物体实行无触移动。这样的实验系统经过不断改进，终于在玻色—爱因斯坦凝聚理论提出71年之后的1995年6月，两名美国科学家康奈尔、维曼以及德国科学家克特勒分别在铷原子蒸气中第一次直接观测到了玻爱凝聚态。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。此后，这个领域经历着爆发性的发展，目前世界上己有近30个研究组在稀薄原子气中实现了玻爱凝聚态。 　　玻爱凝聚态有很多奇特的性质，请看以下几个方面： 　　这些原子组成的集体步调非常一致，因此内部没有任何阻力。激光就是光子的玻爱凝聚，在一束细小的激光里拥挤着非常多的颜色和方向一致的光子流。超导和超流也都是玻爱凝聚的结果。 　　玻爱凝聚态的凝聚效应可以形成一束沿一定方向传播的宏观电子对波，这种波带电，传播中形成一束宏观电流而无需电压。 　　原子凝聚体中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精确定位等。 　　玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性正是利用这种特性，前年哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零，将光储存了起来。 　　玻爱凝聚态的研究也可以延伸到其他领域，例如，利用磁场调控原子之间的相互作用，可以在物质第五态中产生类似于超新星爆发的现象，甚至还可以用玻色-爱因斯坦凝聚体来模拟黑洞。

对bose爱因斯坦凝聚做了详尽的介绍，对其最前沿的研究——非线性隧穿、相干及不稳定性提出了自己的见解，适合研究非线性物理的朋友参阅，对物理感兴趣的朋友也值得一看

这本还没有怎么看啊

wdeasd

书好久都拿到了，但是没看多少，我本身是计算机的，对于物理没有深入研究，还是更适合有物理基础的人看。

跟bec关系不大。。。。。

给专业人士看得，老板让我买的，新手看bec的话还是另外找本书吧。具体表现就是推导时候跳跃太大，作者侧重于描述bec的新进展而不是提供基础背景知识。