玻色爱因斯坦凝聚研究进展

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1、摘要近二十年来，科学家对玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)问题进行了很多实验，就此问题的研究得到了快速发展，并取得了一系列重大的实验进展。本文简单介绍了玻色-爱因斯坦凝聚问题的的起源，重点阐述了玻色-爱因斯坦凝聚的实验成功及其研究进展，并探讨了玻色-爱因斯坦凝聚的潜在应用，展望了其发展前景。关键词：玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)；蒸发、冷却与操控；原子BECiiiABSTRACTInthelasttwodecades,scientistscarriedoutmanyexperimentsaboutBose-EinsteinCondensation.Progresshas

2、beenachievedontheissueofBose-EinsteinCondensationresearch,andaseriesofsignificantexperimentalprogresshavebeenmade.ThisthesisreviewstheoriginofBoseEinsteincondensationproblem.WefocusontheexperimentalsuccessofBoseEinsteincondensationanditsresearchprogress,discussingthepotentialapplicat

3、ionofBose-Einsteincondensationandpredictingitsdevelopmentprospect.Keywords:Bose-EinsteinCondensation;Evaporativecoolingandcontrol;AtomicBECiii目录第一章前言-1-第二章玻色-爱因斯坦凝聚问题的起源及探索-2-2.1玻色-爱因斯坦凝聚问题的起源-2-2.2实现玻色一爱因斯坦凝聚的探索-2-第三章玻色-爱因斯坦凝聚实验的成功-3-3.1实现玻色-爱因斯坦凝聚的技术——激光冷却和捕陷原子-3-3.2在稀薄碱金属原子气体中实现玻色

4、一爱因斯坦凝聚-3-第四章玻色-爱因斯坦凝聚研究进展-5-4.1原子BEC-5-4.2全光型BEC-10-4.3双阱和光晶格中BEC-11-4.4固体中的BEC-12-第五章玻色-爱因斯坦凝聚的潜在应用展望-13-5.1原子激光-13-5.2精确测量-13-5.3芯片技术-14-5.4探测方面-14-第六章结语-16-参考文献-17-致谢-18-iii第一章前言自然界，有两种基本的粒子。一种是费米子，它是自旋量子数为半整数的粒子，如电子、质子和中子；一种是玻色子，它是自旋量子数为整数的粒子，如光子、处于基态的氢原子和α粒子。两种粒子各具特色，费米子服从泡利不相容

5、原理，即两个或两个以上的费米子不能处于同一状态；而玻色子具有整体性，在足够低的温度下，当原子的运动速度足够慢时，它将聚集在系统的最低能级上，形成高度简并的粒子体系。这种高度简并的粒子体系就是早在1924年玻色和爱因斯坦就从理论上预言存在的一种物质状态——玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-EinsteinCondensation），简称BEC。自此思想提出以后，就引起了物理学界的极大反响。广大物理学工作者纷纷着手实验以寻求看到真实的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。经过大家不懈的奋斗，取得了大量具有深远意义的实验进展。例如早年物理学界的研究成果：1962年，科学家发现超

6、流体（也叫超液体）中没有摩擦；1972年，科学家发现库柏电子对（即由两个费米子结合形成的具有玻色子性质的费米子对）放在超导中没有电阻，这些都使BEC得到了部分实现。对于这些系统来说，它们显得相对复杂。研究其中的玻色-爱因斯坦凝聚态就是很困难。时间过去70年，到了1995年，这一年，科学家们对该现象的研究取得了惊人的进步。在实验中，人们利用碱性原子实现了玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。随后，囚禁，冷却和操控技术得到了大力的应用，这给玻色-爱因斯坦凝聚态的研究增添了活力。可喜的是，在实验研究中，科学家们实现了八种元素的原子BEC。这八种元素分别是：174Yb、133C

7、s、87Rb、85Rb、41K、23Na、7Li、4He、1H。玻色-爱因斯坦凝聚是非常寻常的物理现象，但是它物理方面的性质却很不寻常。它有很多特殊的物理性质，如：电磁学性质、力学性质、热学性质和光学性质等。玻色-爱因斯坦凝聚是不同于常见的等离子态、气态、液态和固态的一种异常的物质存在的方式。我们对玻色-爱因斯坦凝聚进行的专研在科学上是有着巨大的意义的，在应用上也是价值无穷。首先，我们可以通过对处于玻色-爱因斯坦冷凝态下的物质的性质进行研究来检验自然界的已有的一些规律，探索和发现新的规律。其次，在应用方面，我们在BEC基础上获得原子激光，这将极大提高原子钟精度，

8、使太空航行的定位更加精确