量子光学论文

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1、关于玻色•爱因斯坦凝聚的简要分析作者：邓慧红，12级物理一班，1208010126单位：湖南科技大学摘要:研究玻色■爱因斯坦凝聚的由来、概念，及其形成条件,以及探讨玻色•爱因斯坦凝聚的应用价值及对相关领域发展的促进作用。关键词:玻色■爱因斯坦凝聚;临界温度。玻色一爱因斯坦凝聚是独一无二的屋子力学相变，因为它是在原了间无相互作用条件下发生的，因此它是重要的。在科学上，玻色一爱因斯坦凝聚对基础研究具有重要意义，它证实了存在一种新的物质态，为实验物理学家提供了一•种独一无二的新介质；在应用上，科学家们已提出了很

2、多设想：如改善精密测量的准确度，制造原了钟、原了干涉仪，测虽原了物理常数和微重力；实现光速减慢、光信息存储、量了信息传递和量子逻辑操作：进行微结构刻蚀等。前言：玻色一爱因斯坦凝聚及其实验研究简史1924年印度物理学家玻色研究了“光子在各能级上的分布”问题，他以不同于普朗克的方式推导出普朗克黑体辐射公式。玻色将这一•结來寄给爱因斯坦，请其翻译成德文并在德国发表。爱因斯坦意识到玻色工作的重要性，立即着手研究这一问题。爱因斯坦于1924和1925年发表了两篇文章，将玻色对光子的统计方法推广到某类原子，并预言当这

3、类原子的温度足够低时，所有的原子就会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，这就是所谓的玻色一爱因斯坦凝聚(Bose—EinsteinCondensation*BEC),这时宏观量物质的状态nJ以用同一波函数来描写。从理论上讲，处在这种状态的物质在性质上有别于通常的气态、液态、固态和等离子态，故有人乂称其为物质的第五态。玻色和爱因斯坦所采用的统计方法后來被称为玻色—爱因斯坦统计，而服从这种统计的粒子被统称为玻色子。2001年10月9F1瑞肌皇家科学院宣布，将本年度诺贝尔物理学奖授予美国国家标准与技术研究所物理学

4、家埃里克・康奈尔(EACornell).美国麻省理工学院教授徳国人沃尔夫冈・克特勒(W.Ketterle)以及美国科罗拉多人学教授忖尔•威曼(C.E.Wieman),以表彰他们在稀薄碱金属原子气屮实现了玻色一爱因斯坦凝聚以及在凝聚体性质方面的早期基础性研究。口爱因斯坦预言以来,BEC这种物质的新形态一直成为人们探索的口标•何为玻色一-爱因斯坦凝聚?实现玻色一爱因斯坦凝聚应满足什么条件?研究玻色一爱因斯坦凝聚冇何意义?木文就上述问题作一简要阐述。正文：一、玻色•爱因斯坦凝聚的由来1924年,年轻的印度学者玻

5、色撰写了一篇论文，用完全不同于经典电动力学的统计法，导出了普朗克黑体辐射公式，他将论文寄给爱因斯坦，期望得到后者的认同。爱因斯坦马上认识到该文的价值，立即将具译成徳文发表。随后，爱因斯坦将玻色的方法成功地推广到单原子理想气体，并预言这些原了当它们之间的距离足够近、热运动速度足够慢时，将发生相变，变成一种新的物质状态，后人称之为玻色一爱因斯坦凝聚(BEC).按照虽了统计学原理，冇两种统计律,一种称为费米一狄拉克统计律，-•种称为玻色一爱因斯坦统计律。遵从前一种统计律的粒子称为费米子，遵从后一种统计律的粒子称

6、为玻色子。费米子有很强的排他性，在一个量子态只能有一个费米子川U玻色子却有很强的“协同性”,在一个量子态可以有众多玻色子。处于BEC态的物质，所有玻色了都处于同一能量低的状态，并且有相同的物理特征，它是1种由微观粒了的量子性质所产住的宏观现象。就原子而言,只要其总白旋为整数，则为玻色子。对于气体状态的原子，在常温下通常表现出经典粒子的特征(每个原子都具有各口不同的运动特征，需要用不同的波函数來描述)。当温度降至足够低时，本來各自独立的原子会变成一群“统一性”的原子(它们只需耍一个波两数來描述)，“凝聚”在

7、一个相同的量子态，这就是当年爱因斯坦描绘的气体玻色原子形成玻色一爱因斯坦凝聚体的状况。爱因斯坦的论文发表后，引起广大物理学工作者的关注，大家期待着在真实的原了气体中实现BECo然而，由于该实验难度很高，经过整整70多年的努力，直到1995年，才山JILA的康奈尔、维曼小组和MIT的凯特勒小组在实验中真正获得了BEC.二、玻色■爱因斯坦凝聚的概念设在体积为V的容器中存在由N个同种玻色粒子组成的理想气体。理想玻色气体处于热平衡状态时服从玻色■爱因斯坦统计。如果以n(£i)表示热平衡吋处于能级£i的某一量子态中

8、的平均粒了数，则n(ei)可表为n(£i)Je(ei-

9、i)/KT-1⑴式中n为粒了的化学势,对于玻色系统它要满足uW0;k为玻耳兹曼常量。系统的总粒子数为N=Ein(ei)=Ei1e(ei-n)/KT-1(2)用No表示处于最低能级(切=0)的粒了数，用N表示处于较高能级屮的粒了数侧总粒了数可表为N二N0+N'(3)而N0=GOe-p/KT-1(4)其中GO为£0=0能级的微观态数，可设GO=1N,=Li^01e(£i-U)