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低熵值深度简并玻色气体
前两年听过Marti给的一个报告,他提到一个对Bose气体进行弱测量的方案。用射频场将BEC的一部分原子变到另一个态,然后用吸收法测量这部分原子的性质。因为每次自旋翻转的原子数不多,光学厚度不太高,可以更精确地测量原子团;另一方面,可以对原子团进行连续多次的测量,这在一些研究BEC动力学过程的实验中具有非常重要的作用。而且因为可以做一系列的测量,系统的某些不稳定因数可以被抵消。当时就觉得这个方法非常有用,很吸引人。希望以后能将这个方法应用到自己的实验中去。
最近他们小组在这个方法的基础上,又做了细致的工作,并利用这种技术,获得深度简并的BEC气体(Nature Physics doi:10.1038/nphys3408)。
图1:实验时序和弱测量结果。
实验如图1所示。在Rb原子团冷却到BEC之前,用射频场将部分原子从|1,-1>态转到
|1,0>态,然后在|1,0>态帮助下实现更高效冷却,并最后用测量|1,0>的温度来标定系统的温度,达到准确测量的结果。
|1,0>原子的存在有多方面的好处。首先是提供一个测量温度的手段。如上图1b所示,在BEC存在情况下,BEC光学厚度很大,不好准确区分和测量热原子的部分,因此很难准确测量原子团的温度。而|1,0>的存在却解决了这个问题。因为|1,0>原子的数量很少,没有达到简并的温度,因此没有BEC部分的干扰,可以很准确的测量温度。而热平衡过程保证两个不同分量的原子团具有相同的温度。
|1,0>原子存在的第二个作用是提高蒸发冷却的效率。在只有一个自旋分量的情况下,当温度冷却到一定程度,到达深度简并情况,蒸发冷却效率降低。但是,|1,0>原子由于数量很少,在这个时候并没有到达简并情况,因此还可以享受高效率的蒸发冷却。用|1,0>原子来协同冷却深度简并的|1,1>原子团,达到较高的效率。最后获得原子团温度为0.02乘上简并温度,每个粒子携带的熵值为1x10-3kB,这是目前报道的BEC简并度最高的记录。
不过文章的摘要中提到,实现某些奇异相需要每个粒子携带非常低的熵值,比如量子磁序需要0.3kB,但是文章中并没有研究这些奇异的相,或许后续他们会继续开展这方面工作。
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GMT+8, 2024-8-17 05:20
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