玻色—爱因斯坦凝聚体中涡旋偶极子的动力学研究

发布时间：2020-08-27 11:36

【摘要】：涡旋偶极子由具有相反环量的涡旋组成。通常在很多物理现象中都可以观察到涡旋偶极子结构的存在,例如在洋流、肥皂膜、光学场和原子玻色-爱因斯坦凝聚体中,并且涡旋偶极子结构已被描述为二维紊流中的主要涡旋结构。鉴于BKT相变,相变动力学以及超流体湍流中涡旋和反涡旋的普遍存在,有关涡旋偶极子的定量研究将有助于更广泛和更深入地理解超流体现象。在本论文中,我们通过数值求解Gross-Pitaevskii方程,研究了涡旋偶极子的碰撞问题,以及在偶极凝聚体干涉过程中涡旋(或涡旋偶极子)的形成过程。首先,研究了在密度均匀分布的凝聚体中两个运动方向彼此平行的涡旋偶极子的碰撞问题。通过改变碰撞参数,我们发现在涡旋偶极子的平行碰撞问题中普遍存在有如下三种运动模式,即涡旋重组模式、涡旋环绕模式和涡旋飞越模式,并且通过求解描述涡旋间相互作用的常微分方程组证实了我们的结论。此外,也给出了这些运动模式相应的参数范围。其次,研究了碰撞角度对两个涡旋偶极子碰撞现象的影响。在均匀系统中,我们发现碰撞动力学与初始涡旋偶极子的运动方向和大小密切相关,对于两个相同大小涡旋偶极子的斜碰(oblique collisions)现象,观察到了涡旋重组和湮灭;对于两个不同大小涡旋偶极子的追及(catching-up)问题,观察到了涡旋暂时湮灭后复活,以及涡旋永久湮灭等现象,通过数值模拟我们也给出了相应的动力学参数相图。对于非均匀系统,研究了在二维谐振子势阱中两个涡旋偶极子的斜碰问题,研究表明两个等大涡旋偶极子之间的初始径向位置和碰撞角度对碰撞动力学的影响是非常明显的。最后,研究了偶极相互作用对凝聚体干涉现象的影响。结果表明偶极相互作用对凝聚体间干涉过程起到显著的调节作用。当极化方向与凝聚体所在平面垂直时,随着偶极相互作用强度增加,条纹可见度降低,条纹间距变大。当极化方向与凝聚体所在平面平行且朝向固定时,通过改变两团偶极BEC的初始相对位置,可以观察到不同的干涉现象,例如:伴随有涡旋偶极子产生的波浪形干涉条纹、干涉过程中在凝聚体中央区域形成可见的正(或反)涡旋分布结构等。本文的研究有助于更加详尽地理解量子湍流现象,也可以为进一步研究偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋动力学提供一些理论参考。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O469
【图文】：

铷原子中发生BEC的速率分布图

我国风云四号气象卫星观测到的台风眼

美国JILA实验室的Cornell小组产生涡旋的实验原理图

【参考文献】

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1 奚玉东;王登龙;佘彦超;王凤姣;丁建文;;双色光晶格势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的Landau-Zener隧穿行为[J];物理学报;2010年06期

本文编号：2806052