Tunneling Dynamics in Open Ultracold Bosonic Systems: Numerically Exact Dynamics – Analytical Models – Control Schemes

این پایان نامه به موضوع جالب تونل زنی کوانتومی سیستم های چند جسمی مانند چگالش های بوز-اینشتین می پردازد. علیرغم حجم عظیمی از کار روی تونل زدن یک ذره منفرد از طریق یک مانع، ما در مورد اینکه چگونه یک سیستم ساخته شده از چند یا چند ذره تونل می‌کند از یک مانع به فضای باز تونل می‌زند، اطلاعات کمی داریم. کار حاضر از راه‌حل‌های عددی دقیق معادله شرودینگر چند بوزونی وابسته به زمان استفاده می‌کند تا فیزیک غنی فرآیند تونل‌زنی به فضای باز در ذرات بوزونی فوق‌سرد را که در ابتدا به‌عنوان میعانات بوز-انیشتین تهیه می‌شوند و متعاقباً اجازه می‌دهند از طریق یک تونل تونل بزنند، استفاده می‌کند. مانعی برای فضای باز فرآیند چند جسمی از فرآیندهای تک ذره‌ای که همزمان اتفاق می‌افتند ساخته می‌شود که با لحظه‌های مختلف مشخص می‌شوند. این لحظه ها با پتانسیل های شیمیایی سیستم هایی با تعداد ذرات رو به کاهش مطابقت دارد. فرآیند چند بوزونی پدیده های جمعی هیجان انگیزی را نشان می دهد: ذرات فراری تکه تکه می شوند و انسجام خود را با منبع و بین یکدیگر از دست می دهند، در حالی که همبستگی ها در سیستم ایجاد می شود. درک دقیق فرآیند چند بدنه برای طراحی و آزمایش طرحی برای کنترل وضعیت نهایی، توزیع‌های تکانه و حتی دینامیک همبستگی فرآیند تونل‌زنی استفاده می‌شود.

This thesis addresses the intriguing topic of the quantum tunnelling of many-body systems such as Bose-Einstein condensates. Despite the enormous amount of work on the tunneling of a single particle through a barrier, we know very little about how a system made of several or of many particles tunnels through a barrier to open space. The present work uses numerically exact solutions of the time-dependent many-boson Schrödinger equation to explore the rich physics of the tunneling to open space process in ultracold bosonic particles that are initially prepared as a Bose-Einstein condensate and subsequently allowed to tunnel through a barrier to open space. The many-body process is built up from concurrently occurring single particle processes that are characterized by different momenta. These momenta correspond to the chemical potentials of systems with decreasing particle number. The many-boson process exhibits exciting collective phenomena: the escaping particles fragment and lose their coherence with the source and among each other, whilst correlations build up within the system. The detailed understanding of the many-body process is used to devise and test a scheme to control the final state, momentum distributions and even the correlation dynamics of the tunneling process.