玻色-爱因斯坦凝聚体中孤子的碰撞及其动力学演化

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本文基于准一维玻色-爱因斯坦凝聚体(BECs)的Gross-Pitaevskii(GP)方程模型,研究了不同相位、不同势阱下孤子的碰撞性质及其演化。  首先,针对原子间具有相互吸引作用的单组分BECs,采用逆散射方法给出其亮孤子解,该解在不可积系统中依然适用。进而引入完全相同的两个亮孤子,通过数值方法研究了没有外部势阱束缚,在相对相位差为DF=0,p/2,p,3p/2的不同情况下孤子的碰撞。两孤子碰撞后,孤子的形状均没有任何改变,而且没有粒子辐射出去。不同相位差下碰撞现象有所不同,但是碰撞的位置都一样。在谐势阱束缚下,同样引入两个完全相同的亮孤子,研究了在相对相位差DF=0,p下的碰撞。两种情况下孤子均发生了周期性的碰撞,碰撞后孤子的形状没有任何改变,而且碰撞的周期也相同,只是碰撞处呈现出了不同的碰撞现象。  其次,在准一维异核两组分BECs中,将既定的孤子解作为初始波函数,通过数值方法研究了亮-亮孤子和亮-暗孤子的碰撞问题。在没有外部势阱束缚的情况下,相对相位是p时亮-亮孤子对产生了完全弹性碰撞,相对相位是p/2时亮-亮孤子对碰撞产生了能量的转移。若存在外部势阱,对于亮-亮孤子,相对相位为p时亮-亮孤子对产生了周期性碰撞,而相对相位是p/2时亮-亮孤子对碰撞合并成一个孤子,并伴随有能量逃逸;对于亮-暗孤子,相对相位为0或p时第一组分的亮-亮孤子对均发生了周期性碰撞,不同的是前者有一个碰撞点,后者有两个碰撞点。另外,在初始波函数加上微扰,通过求解相关的Bogoliubov-de Gennes方程,发现亮-亮孤子是稳定的,而亮-暗孤子是不稳定的。
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