Non-equilibrium Dynamics of Tunnel-Coupled Superfluids: Relaxation to a Phase-Locked Equilibrium State in a One-Dimensional Bosonic Josephson Junction

ویرایش: [1st ed.] 
نویسندگان: Marine Pigneur  
سری: Springer Theses 
ISBN (شابک) : 9783030528430, 9783030528447 
ناشر: Springer International Publishing;Springer 
سال نشر: 2020 
تعداد صفحات: XX, 187
[204] 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 10 Mb 

قیمت کتاب (تومان) : 64,000



آرامش سیستم های چند جسمی کوانتومی ایزوله یک مشکل عمده حل نشده فیزیک مدرن است که با بسیاری از سؤالات اساسی مرتبط است. با این حال، تحقق سیستم‌های چند جسمی کوانتومی که هم به خوبی از محیط خود جدا شده‌اند و هم برای مطالعه تجربی در دسترس هستند، کمیاب هستند. در سال‌های اخیر، این میدان پیشرفت سریعی را تجربه کرده است که بخشی از آن به اتم‌های فوق سرد نسبت داده می‌شود.

این کتاب مطالعه تجربی یک پدیده آرام‌سازی را ارائه می‌کند که در اتصال جوزفسون بوزونی یک‌بعدی رخ می‌دهد. این سیستم از دو میعانات شبه 1 بعدی بوز-اینشتین از ⁸⁷Rb تشکیل شده است که به صورت مغناطیسی روی یک تراشه اتمی به دام افتاده اند. نویسنده با استفاده از پانسمان فرکانس رادیویی، یک تله هارمونیک منفرد را که در آن اتم‌ها در ابتدا متراکم شده‌اند، به یک پتانسیل دو چاهی تغییر شکل می‌دهد و متوجه تقسیم تابع موج می‌شود. جداسازی فضایی بزرگ و شیب چاه دوگانه، آماده‌سازی طیف گسترده‌ای از حالت‌های اولیه را با تنظیم دقیق جمعیت اولیه و فاز نسبی دو بسته موج، و در عین حال حفظ انسجام فاز، امکان‌پذیر می‌سازد. نویسنده با جفت کردن مجدد دو بسته موج، رژیم های تونل زنی مانند نوسانات جوزفسون (پلاسما) و خود به دام انداختن کوانتومی ماکروسکوپی را بررسی می کند.

در هر دو رژیم، دینامیک تونل زنی آرامش را به حالت تعادل قفل شده در فاز نشان می دهد که با پیش بینی های نظری متناقض است. نتایج تجربی با یک مدل تجربی پشتیبانی می‌شوند که امکان بحث‌های کمی را با توجه به پارامترهای تجربی مختلف فراهم می‌کند. این نتایج نشان می‌دهد که دینامیک غیرتعادلی چقدر با دینامیک تعادلی متفاوت است، که به خوبی توسط ترمودینامیک و فیزیک آماری توضیح داده شده است.

The relaxation of isolated quantum many-body systems is a major unsolved problem of modern physics, which is connected to many fundamental questions. However, realizations of quantum many-body systems which are both well isolated from their environment and accessible to experimental study are scarce. In recent years, the field has experienced rapid progress, partly attributed to ultra-cold atoms.

This book presents the experimental study of a relaxation phenomenon occurring in a one-dimensional bosonic Josephson junction. The system consists of two 1D quasi Bose-Einstein condensates of ⁸⁷Rb, magnetically trapped on an atom chip. Using radio-frequency dressing, the author deforms a single harmonic trap, in which the atoms are initially condensed, into a double-well potential and realizes a splitting of the wave function. A large spatial separation and a tilt of the double-well enable the preparation of a broad variety of initial states by precisely adjusting the initial population and relative phase of the two wave packets, while preserving the phase coherence. By re-coupling the two wave packets, the author investigates tunneling regimes such as Josephson (plasma) oscillations and macroscopic quantum self-trapping.

In both regimes, the tunneling dynamics exhibits a relaxation to a phase-locked equilibrium state contradicting theoretical predictions. The experimental results are supported with an empirical model that allows quantitative discussions according to various experimental parameters. These results illustrate how strongly the non-equilibrium dynamics differ from the equilibrium one, which is well described by thermodynamics and statistical physics.

Front Matter ....Pages i-xx
 Theoretical Framework  (Marine Pigneur)....Pages 1-60
 Experimental Setup and Measurement of the Observables  (Marine Pigneur)....Pages 61-115
 Relaxation of the Josephson Oscillations in a 1D-BJJ  (Marine Pigneur)....Pages 117-158
 Transition to a Relaxation-Free Regime  (Marine Pigneur)....Pages 159-176
 Relaxation During the Splitting of a 1D Bose Gas  (Marine Pigneur)....Pages 177-187