Szczegółowy wgląd w proces chłodzenia jedno-wymiarowego gazu bozonów

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Szczegółowy wgląd w proces chłodzenia jedno-wymiarowego gazu bozonów"

Martyna Markiewicz
8 lat temu
Przeglądów:

1 Szczegółowy wgląd w proces chłodzenia jedno-wymiarowego gazu bozonów Piotr Deuar (IF PAN) Emilia Witkowska, Mariusz Gajda (IF PAN) Kazimierz Rzążewski (CFT PAN) Cover of Phys. Rev. Lett., 1 Apr 2011 E. Witkowska, PD, M. Gajda, K. Rzążewski, PRL 106, (2011)

PAN) Kazimierz Rzążewski (CFT PAN) Cover of Phys. Rev. Lett.

2 Zarys sprawy Pytanie: co się właściwie dzieje podczas chłodzenia? W eksperymencie trudno to prześledzić.. Symulacje chłodzenia były w 2D / 3D, za to 1D jest niezbyt znane Sugestie z teorii: - Mechanizm Kibble-Żurek Solitony - fluktuacje fazy w stanie równowagowym - dwa przejścia fazowe w pułapce: Gaz termiczny Kwazikondensat kondensat prawdziwy Dotychczasowe skutki: - potrafimy prześledzić cały proces, lecz nie koniecznie zrozumieć - solitony Kibble-Żurka = stadium larwalne fluktuacji fazy w równowadze - zanik ostatniego solitonu BEC - nie ogarniamy narazie powstawania pierwszych domen i kwazikondensatu 2/15

równowagowym - dwa przejścia fazowe w pułapce: Gaz termiczny Kwazikondensat kondensat prawdziwy Dotychczasowe skutki: - potrafimy prześledzić cały

3 Jedno-wymiarowy gaz bozonów g > 0 odpychający W wąskich kierunkach ` I. Llorente Garcia et al. New J. Phys. 12, (2010) NIE OBSADZONE OBSADZONY 3/15

4 Kwazikondensat Gaz idealny w wolnej przestrzeni: Prawdziwy kondensat nie występuje D. Petrov, G. Shlyapnikov, J. Walraven, PRL 85, 3745 (2000) Długość koherencji 4/15

5 BEC w pułapce Jeśli długość koherencji > rozmiar chmury Jednak BEC FRAKCJA KONDENSATU ROZMIAR CHMURY DŁUGOŚĆ KOHERENCJI czas rampy E. Witkowska, PD, M. Gajda, K. Rzążewski PRL 106, (2011) 5/15

6 Solitony Mechanizm Kibble-Żurka Temperatura się obniża w czasie Blisko Tc, czas reakcji jest za długi aby nadążyć za stanem termicznym Faza zostaje lokalnie zamrożona bez komunikacji między odległymi obszarami domeny fazy Pomiędzy domenami tworzą się defekty (solitony w 1D) Im szybsza rampa, tym mniejsze domeny Skalowanie ilośći solitonów z prędkośćią przekraczania Tc było przewidziane. Nsoliton /L ~ (1/[czas rampy]) [stała O(1)] W. Zurek, PRL 102, (2009) 6/15

domenami tworzą się defekty (solitony w 1D) Im szybsza rampa, tym mniejsze domeny Skalowanie ilośći solitonów z

7 Wątpliwości jak to jest naprawdę? POJEDYNCZE REALIZACJE Symulacja przejścia przez µc Stan termiczny ALE, kwazikondensatu przy stałej temperaturze B. Damski, W. Żurek, PRL 104, (2010) Po przejściu są solitony! KZM Ale to był bardzo uproszczony model: - przejście w µ nie T - brak pułapki - brak chłodzenia czy strat - stały kontakt z rezerwuarem o stałej T S. Dettmer et al, PRL 87, (2001) Solitonów BRAK! 7/15

temperaturze B. Damski, W. Żurek, PRL 104, 160404 (2010) Po przejściu są solitony!

8 Model chłodzenia przez odparowywanie t=tmax V(z) exp(-γ(z)) t=0 t=tr 8/15

9 Metoda pól klasycznych Teoria pola bez dyskretyzacji kwantowej 9/15

10 Metoda pól klasycznych - ograniczenia Niedokładność: Jest źle jeśli potrzeba uważać na liczby atomów O(1) Spontaniczne procesy Wysokie energie / k gdzie jest niskie obsadzenie Za krótki dystans (< 1 cząstka w okolicy) Inaczej będzie dobrze. n.p. Niskie energie Mody nieskondensowane są OK! chłodzenie OK Nadciekłość, mieszanie czterech fal Długie fale Atomy swobodne (fale de Broglie!) OK 10/15

dystans (< 1 cząstka w okolicy) Inaczej będzie dobrze. n.p.

11 Ewolucja do kwazikondensatu GĘSTOŚĆ Krótki czas rampy tr=75 F Początek termalizacji Koniec rampy FAZA Ustalają się solitony Początek rampy E. Witkowska, PD, M. Gajda, K. Rzążewski PRL 106, (2011)c 11/15

FAZA Ustalają się solitony Początek rampy E.

12 Mechanizm Kibble-Żurka Skalowanie liczby solitonów obecnych po końcu rampy E. Witkowska, PD, M. Gajda, K. Rzążewski PRL 106, (2011) przewidziane: Quench time ~ czas rampy tr? ~1 W. Zurek, PRL 102, (2009) 12/15

Rzążewski PRL 106, 135301 (2011) przewidziane: Quench

13 Ewolucja do kondensatu Długi czas rampy tr=400 F 13/15

14 Termalizacja kwazikondensatu F FAZA ZTERMALIZOWANY KONIEC RAMPY GĘSTOŚĆ 14/15

15 Solitony jako prekursory fluktuacji termicznych GĘSTOŚĆ Długość koherencji w tmax (ztermalizowany gaz) Średnia odległość między solitonami w tr (koniec rampy) E. Witkowska, PD, M. Gajda, K. Rzążewski PRL 106, (2011)c 15/15

odległość między solitonami w tr (koniec rampy) E.

16 Podsumowanie Wnioski Solitony ustalone pod koniec rampy są prekursorami fluktuacji równowagowych Solitony przystają jakościowo do opisu mechanizmem Kibble-Żurka Potrafimy szczegółowo śledzić proces chłodzenia Plany na przyszłość Zrozumieć dobrze co się dzieje u zalążku (kwazi) kondensacji Identyfikacja zalążek domen: lokalna temperatura, frakcja kondensatu itp Oddziaływania przyciągające Chłodzenie gazem buforowym różni się bo jest dobrze ustalona temperatura 16/15

Zrozumieć dobrze co się dzieje u zalążku (kwazi) kondensacji Identyfikacja zalążek domen: lokalna temperatura,

Podobne dokumenty

Chłodzenie jedno-wymiarowego gazu bozonów

Chłodzenie jedno-wymiarowego gazu bozonów Piotr Deuar (IF PAN) Emilia Witkowska, Mariusz Gajda (IF PAN) Kazimierz Rzążewski (CFT PAN) Cover of Phys. Rev. Lett., 1 Apr 2011 E. Witkowska, PD, M. Gajda, K.