环形阱中的BEC研究

BEC的一个重要性质是超流性，因此利用环形阱来研究BEC的转动是很自然的。不过很奇怪，环形阱应该是比较好构造的，但是实验结果并不多。近年来GretchenCampbell小组对环形阱中BEC的研究，算是成果较多的组。

BEC在环型阱中第一个重要性质就是转动的量子化。这在比较早就观测到了。Campbell小组做了一个很有趣，很漂亮的实验(PRX 4, 031052 (2014))。利用干涉直观地测量BEC的角动量分布。实验如下图，他们制作一个特殊的势阱，在环形阱中间有一个势阱，分别囚禁BEC。然后放开，让他们自由飞行，原子团膨胀后，相互之间发生干涉。当环形阱中BEC没有转动起来时，他们之间出现干涉条纹，代表做相位差的不同。由于旋转对称性，干涉图案是一圈一圈的条纹。但当环形阱中BEC有角动量时，情况发生了变化。飞行后的波函数在空间的相位不同，最后的干涉条纹是螺旋状的。每一条螺旋线代表共同相位。不同的转动态导致不同的干涉螺纹。

图1：BEC相干法测量环形阱中BEC的角动量。

在另一篇文章中（Nature506 200 （2014）），他们测量了角动量的滞后效应。数学上，是这个系统出现了燕尾型的能量结构。物理上，我们可以想象，BEC刚开始时是静止的，然后增加搅动的速度。当搅动的速度大于某个临界速度时，超流体激发出持续电流，获得单位角动量。这时候如果我们降低搅拌速度，超流体并不会马上停下来。只有当搅拌速度和超流体之间相对速度到某个临界值时，超流体才能停下来。这就导致滞后效应。实验结果如图2。从a到f是搅动势垒高度不停增加。当搅动势垒的高度达到一定的时候，滞后效应基本消逝。文中对这个效应有解释，不过很复杂，有兴趣可以自己去看。

图2：搅拌速度和角动量之间的滞后效应。