Non-Equilibrium Dynamics Beyond Dephasing: Recurrences and Loss Induced Cooling in One-dimensional Bose Gases

گازهای اتمی سرد به دام افتاده و دستکاری شده بر روی تراشه های اتمی امکان تحقق مشکلات تک بعدی کوانتومی چند جسمی منی (1d) را در یک محیط ایزوله و به خوبی کنترل می کنند. در این زمینه، این پایان نامه یک مطالعه تجربی گسترده از دینامیک غیرتعادلی در گازهای 1d Bose، با تمرکز بر فرآیندهایی که فراتر از دینامیک کاهش فاز ساده هستند، ارائه می‌کند. این گزارش در مورد مشاهده عود انسجام در دینامیک پس از خاموش کردن یک جفت گاز بوز 1d و مطالعه دقیقی از فروپاشی آنها را ارائه می دهد. مورد دوم نشان دهنده اولین مشاهده پراکندگی فونون-فونون در این سیستم ها است. علاوه بر این، این پایان نامه یک مکانیسم خنک کننده جدید را که در گازهای Bose در معرض از دست دادن یکنواخت ذرات رخ می دهد، بررسی می کند. نتایج ارائه‌شده با هم، طیف وسیعی از پدیده‌های غیرتعادلی را نشان می‌دهند که در گازهای 1d Bose رخ می‌دهند و آنها را به عنوان یک بستر آزمایشی ایده‌آل برای فیزیک بدن‌های بسیاری فراتر از تعادل قرار می‌دهند.

Cold atomic gases trapped and manipulated on atom chips allow the realization of seminal one-dimensional (1d) quantum many-body problems in an isolated and well controlled environment. In this context, this thesis presents an extensive experimental study of non-equilibrium dynamics in 1d Bose gases, with a focus on processes that go beyond simple dephasing dynamics. It reports on the observation of recurrences of coherence in the post-quench dynamics of a pair of 1d Bose gases and presents a detailed study of their decay. The latter represents the first observation of phonon-phonon scattering in these systems. Furthermore, the thesis investigates a novel cooling mechanism occurring in Bose gases subjected to a uniform loss of particles. Together, the results presented show a wide range of non-equilibrium phenomena occurring in 1d Bose gases and establish them as an ideal testbed for many-body physics beyond equilibrium.