原子的玻色爱因斯坦凝聚

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1、原子的玻色爱因斯坦凝聚原子的玻色爱因斯坦凝聚TheAtomBose-Einsteincondensation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-EinsteinCondensation)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1kt.q→0下的渐进行为．最后展望了其发展前景．AbstractAbstractAbstractAbstractAbstractThepapersummarizesthedevelopmen

2、toftheexperimentalresearchworkonBose-Einsteincondensation(BEC),demonstratesitsconceptandtheconditionsofformation,characterizesitsphysicalproperties.Meanwhile,itstudiestheprogressivefeaturewhen1.q→0withthermostatistics.Attheend,itprospectsitsvistaktofdevelopment.早在1924年，玻色

3、和爱因斯坦就曾在理论上预言了玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-EinsteinCondensation,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

4、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(λdb)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474在冷却到(λλdb)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

5、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(CuO)中的激子进行玻色－爱因斯坦凝聚实验，美国2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行玻色－爱因斯坦凝聚．对于碱金属原子而言，如

6、果要使其原子间的相互作用很弱，则原子的密度必须很小，温度必须足够低，这就需要寻求一种新的冷却方法――激光冷却与囚禁．近年来，激光冷却与囚禁中性原子的技术发展很快，已经形成一门较为成熟的实验方法，为玻色－爱因斯坦凝聚的实验研究提供了条件，1995年实验观察气相原子的玻色－爱因斯坦凝聚的愿望终于实现了．美国科罗拉多大学实验天体物理联合研究所(JILA)和国家标准技术研究所(NIST)的Wieman小组于1995年7月首先首先报道了在实验上观察到的87Rb原子的玻色－爱因斯坦凝聚现象；同年８月，美国Rice大学的Bradley小组报道了7Li原

7、子的玻色－爱因斯坦凝聚的观察结果；11月，MIT的Davis等人又报道了23Na原子的玻色－爱因斯坦凝聚的实验结果．这三个实验宣告了实验观察到的玻色－爱因斯坦凝聚的实现，在物理界引起了强烈反响，是玻色－爱因斯坦凝聚研究历史上的一个重要里程碑．在研究玻色－爱因斯坦凝聚的过程中，玻尔兹曼-吉布斯(Boltzmann-Gibbs)统计及其与热力学见的关系是理论物理中研究满足以下三个条件的问题的有力工具，这三个条件是：1，微观的有效相互作用力是短程的或并不存在的2，微观的“记忆(memory)”也是短程的或并不存在的3，系统处于非分形的空间中如果

8、这三个条件满足，这就意味着，任何时候，热力学中的一些广泛的性质都成立！在任何时候，只要涉及到类欧几里德(Euclidean-like)(非分形的)空间，则理想的玻色爱因斯坦气体(在哈密尔顿量中