Transport and Turbulence in Quasi-Uniform and Versatile Bose-Einstein Condensates

پیشرفت مطالعه تجربی ابرسیال‌ها به تکنیک‌های پیچیده‌تر متکی است. ما بارگذاری میعانات بوز-انیشتین (BECs) را در پتانسیل‌های تقریباً دلخواه به دام انداخته و نشان می‌دهیم، با وضوحی که در مقایسه با سیستم‌های گزارش‌شده با ضریب هفت بهبود یافته است. این تکنیک‌های کنترل پیشرفته از آن زمان توسط چندین آزمایشگاه اتم‌های سرد در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
چگونگی استفاده از این سیستم BEC برای مطالعه دینامیک ابرسیال دوبعدی شرح داده شده است. به طور خاص، حالت های گرداب دمای منفی در یک سیال کوانتومی دو بعدی مشاهده شد. این حالت ها برای اولین بار توسط لارس اونساگر 70 سال پیش پیش بینی شد و برای تلاطم دوبعدی در سیالات کوانتومی و کلاسیک، سیستم های برهم کنش دوربرد و دینامیک نقص در فیزیک انرژی بالا اهمیت دارد. این آزمایش‌ها BEC‌های گاز رقیق را به عنوان سیستم نمونه اولیه برای مطالعه تجربی گردابه‌های نقطه‌ای و دینامیک غیرتعادلی آن‌ها ایجاد کرده‌اند.
ما همچنین یک رویکرد جدید برای مدارهای ابرسیال مبتنی بر مدارهای آکوستیک کلاسیک ایجاد کردیم که برتری مفهومی و کمی آن را نسبت به مدل‌های المان توده‌ای قبلی نشان می‌دهد. این اصول پایه مدارهای ابرسیال را ایجاد کرده است که بر طراحی آزمایش های حمل و نقل آینده و دستگاه های کوانتومی نسل جدید، مانند مدارهای اتمترونیک و حسگرهای ابر سیال تأثیر می گذارد.

Advancing the experimental study of superfluids relies on increasingly sophisticated techniques. We develop and demonstrate the loading of Bose-Einstein condensates (BECs) into nearly arbitrary trapping potentials, with a resolution improved by a factor of seven when compared to reported systems. These advanced control techniques have since been adopted by several cold atoms labs around the world.
How this BEC system was used to study 2D superfluid dynamics is described. In particular, negative temperature vortex states in a two-dimensional quantum fluid were observed. These states were first predicted by Lars Onsager 70 years ago and have significance to 2D turbulence in quantum and classical fluids, long-range interacting systems, and defect dynamics in high-energy physics. These experiments have established dilute-gas BECs as the prototypical system for the experimental study of point vortices and their nonequilibrium dynamics.
We also developed a new approach to superfluid circuitry based on classical acoustic circuits, demonstrating its conceptual and quantitative superiority over previous lumped-element models. This has established foundational principles of superfluid circuitry that will impact the design of future transport experiments and new generation quantum devices, such as atomtronics circuits and superfluid sensors.