一般情况下的玻色爱因斯坦凝聚.doc

原子的玻色爱因斯坦凝聚 The Atom Bose-Einstein condensation 物理学院技术物理系98级 李丹 摘要 本文综述了玻色－爱因斯坦凝聚(BEC：Bose-Einstein Condensation )实验研究工作的进展，介绍了玻色－爱因斯坦凝聚的概念、形成条件等，描述了其物理性质，并用Tsallis的一般热统学，研究其在下的渐进行为．最后展望了其发展前景． Abstract The paper summarizes the development of the experimental research work on Bose-Einstein condensation (BEC), demonstrates its concept and the conditions of formation, characterizes its physical properties. Meanwhile, it studies the progressive feature when with thermostatistics. At the end, it prospects its vista of development. 早在1924年，玻色和爱因斯坦就曾在理论上预言了玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation, 简写做BEC）)大于粒子间的平均距离．理论讨论的“理想”体系，即没有相互作用的体系，实际的体系一般在冷却到()约为粒子间距前早已经变成固体了．1938年，法国的London首先把超流态液氦与金属超导体看作为玻色－爱因斯坦凝聚的体系，超流态液氦与金属超导体一样具有量子简并特性，液氦超流的本质是玻色－爱因斯坦凝聚，但由于粒子间的相互作用很强，凝聚的特征不是太明显．1959年芝加哥大学的Hecht提出用自旋极化的的氢原子气体作为玻色－爱因斯坦凝聚的体系，但实验上一直进展不大．后来，人们将目光转向半导体中的激子．1980年，巴黎大许的Hulin 提出用氧化亚铜()中的激子进行玻色－爱因斯坦凝聚实验，美国伊利诺斯州立大学的研究小组于1993年报道了有关的实验结果，这种体系中的相互作用力很弱但是较为复杂，难以从实验数据中提取激子的有关信息，因而也不能看作是真正的玻色－爱因斯坦凝聚．碱金属原子用于玻色－爱因斯坦凝聚研究的历史并不长．1989年，Wieman和Chu 等人认为，用碱金属原子气体可以进行玻色－爱因斯坦凝聚．对于碱金属原子而言，如果要使其原子间的相互作用很弱，则原子的密度必须很小，温度必须足够低，这就需要寻求一种新的冷却方法――激光冷却与囚禁．近年来，激光冷却与囚禁中性原子的技术发展很快，已经形成一门较为成熟的实验方法，为玻色－爱因斯坦凝聚的实验研究提供了条件，1995年实验观察气相原子的玻色－爱因斯坦凝聚的愿望终于实现了． 　　美国科罗拉多大学实验天体物理联合研究所(JILA)和国家标准技术研究所(NIST)的Wieman小组于1995年7月首先首先报道了在实验上观察到的原子的玻色－爱因斯坦凝聚现象；同年８月，美国Rice大学的Bradley 小组报道了原子的玻色－爱因斯坦凝聚的观察结果；11月，MIT 的Davis 等人又报道了原子的玻色－爱因斯坦凝聚的实验结果． 　　这三个实验宣告了实验观察到的玻色－爱因斯坦凝聚的实现，在物理界引起了强烈反响，是玻色－爱因斯坦凝聚研究历史上的一个重要里程碑． 在研究玻色－爱因斯坦凝聚的过程中，玻尔兹曼-吉布斯(Boltzmann-Gibbs)统计及其与热力学见的关系是理论物理中研究满足以下三个条件的问题的有力工具，这三个条件是： 1，微观的有效相互作用力是短程的或并不存在的 2，微观的“记忆(memory)”也是短程的或并不存在的 3，系统处于非分形的空间中 如果这三个条件满足，这就意味着，任何时候，热力学中的一些广泛的性质都成立！ 在任何时候，只要涉及到类欧几里德(Euclidean-like)(非分形的)空间，则理想的玻色爱因斯坦气体(在哈密尔顿量中不存在相互作用项)是最简单的，恰好能够解决的，存在着相变的连续系统.因此，在任何统计力学中，包括量子统计，它都占有一席之地.有关的一个严密的基本推导可以查到，那是通过在热力学的极限的情况下控制总量与整体积分间的不同来到达的.这个相变就是著名的BEC(大多数粒子向零能级集中)，最近，BEC已经成为物理研究中的热门，取得了许多实验进展！ 设现在有温度为T，化学势0为,体积为V，数量为的遵守玻色爱因斯坦统计的理想气体，平均粒子数可以有下面的式子给出: 这是我们把玻色子的分布从