双分量玻色—爱因斯坦凝聚体中的卡门涡街

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流体的涡旋运动,是自然界中普遍存在的一种流动现象。一定条件下的流体流经某些物体时,物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的两列涡旋,即著名的卡门涡街。在超流体中,寻找这种涡旋脱落模式是物理学家可以更深入了解经典流体与量子流体之间关系的一种方式。玻色-爱因斯坦凝聚,作为物理学中弥足珍贵的一种宏观量子现象,是指当系统温度降到临界温度以下时所有原子占据同一量子态的聚集。自其从1925年理论预言并于1995年实验实现后,玻色-爱因斯坦凝聚体就为超流体中的量子化涡旋提供了一个清洁且可精确调控的研究平台。双分量玻色-爱因斯坦凝聚体,由于其中组分内与组分间的相互作用而展现出了许多新颖的量子现象。对双分量玻色-爱因斯坦凝聚体中量子卡门涡街的研究,是一个极具价值与意义的课题。通过对耦合Gross-Pitaevskii方程组的数值模拟,本文理论研究了处于不同状态的双分量玻色-爱因斯坦凝聚体中移动高斯障碍势产生的量子化涡旋脱落现象,特别是其中的量子卡门涡街。研究结果表明:在由23Na和87Rb两种不同原子组成且处于相混合态的双分量凝聚体中,一个分量中形成了由量子化涡旋构成的卡门涡街,另一个分量中与之相对应地形成了由密度峰构成的密度峰街,并由它们构成了具有复合涡旋结构的半量子涡街;在由87Rb原子两种不同超精细态|F=1,mf=-1和|F=2,mf=+1组成且处于相分离态的双分量凝聚体中,一个分量中形成了由量子化涡旋构成的卡门涡街,另一个分量中与之相伴随地形成了由鬼涡旋构成的鬼涡街;在不同状态的双分量凝聚体中,均存在着其他典型的涡旋脱落模式,如涡旋偶极子、V形涡旋对等,且各种涡旋脱落模式也与移动障碍势的宽度和速度相关,特别是涡旋脱落的临界速度与障碍势的宽度存在着依赖关系。此外,计算结果表明,涡旋的脱落对作用在移动障碍势上阻力的产生有其贡献。最后,本文为双分量凝聚体中量子卡门涡街现象的实现提供了相应的实验方案参数,并对相关工作的研究前景做了进一步的展望。
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