περ-ρευστότητακαισολιτονικάκύματα σεμίγματαμποζονικώνατόμων

Transcript

1 περ-ρευστότητακαισολιτονικάκύματα σεμίγματαμποζονικώνατόμων Γ. Καβουλάκης(1) Ν. Εφραιμίδης(2), Μ. Μαγειρόπουλος(3), Α. Ρούσσου(2), Ι. Σμυρνάκης(1), Γ. Τσιμπίδης(4) (1) ΤΕΙ Κρήτης, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Ηράκλειο (2) Πανεπιστήμιο Κρήτης,Τμήμα Μαθηματικών, Ηράκλειο (3) ΤΕΙ Κρήτης, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Ηράκλειο (4) ΙΤΕ, Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ, Ηράκλειο

2 Λοιποίσυνεργάτες Andrew Jackson (Niels Bohr Institute, Δανία) Stephanie Reimann(Lund, Σουηδία) Zhigang Wu (Århus, Δανία) Eugene Zaremba(Kingston, Καναδάς)

3 Παραδοτέα: : 3 δημοσιεύσεις J. Smyrnakis, M. Magiropoulos, N. K. Efremidis, and G. M. Kavoulakis, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 47, (2014) A. Roussou, G. D. Tsibidis, J. Smyrnakis, M. Magiropoulos, N. K. Efremidis, A. D. Jackson, and G. M. Kavoulakis, Phys. Rev. A 91, (2015) Z. Wu, E. Zaremba, J. Smyrnakis, M. Magiropoulos, N. K. Efremidis, and G. M. Kavoulakis, Phys. Rev. A (to appear)

4 Μιαπολύ πολύσύντομηεισαγωγή

5 Ψυχράάτομα άτομα: Μιανέα νέαμορφήτηςύλης Τα τελευταία 20 έτη έχει καταστεί δυνατό να παγιδεύσουμε και να ψύξουμε άτομα σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες Υπό τις συνθήκες αυτές τα άτομα συμπεριφέρονται με έναν πολύ ιδιαίτερο τρόπο, ουσιαστικά προσφέροντάς μας μια νέα μορφή ύλης

6 ποζόνια, με ακέραιο σπιν ερμιόνια, με ημιακέραιο πιν ποζονικά έναντι φερμιονικών ατόμων. Truscott et al., Science 291, 2570 (2001) «Κλασσικό» αέριο

7 Μαγνητική/οπτική οπτικήπαγίδευσηπαγίδευση Χωρικά εξαρτημένα μαγνητικά/ηλεκτρικά πεδία (Φαινόμενο Zeeman/Stark)

8 Laser beams Ψύξημέσω μέσωφωτόςlaser Η δύναμη είναι αντίθετη στη φορά κίνησης F r υ r

9 Ψύξημέσω μέσωφωτόςlaser Η δύναμη είναι αντίθετη στη φορά κίνησης F r υ r υ r Laser beams F r

10 Ψύξητων τωνατόμων

11 Ψύξητων τωνατόμων

12 Ψύξητων τωνατόμων

13 Εκφυλισμέναάτομα Ρεύματα τα οποία παγιδεύουν τα άτομα Δέσμες laser οι οποίες ψύχουν τα άτομα Νέφος ατόμων

14 Κβαντικάφαινόμενα φαινόμενα: έναςμακρύς μακρύςδρόμος

15 Άτομα:σωματίδια σωματίδιαήκύματα; Δύοκλίμακεςμήκους: Μήκοςde-Broglie& απόστασημεταξύτων ατόμων

16 «Κλασσικά»και«κβαντικά»σωματίδια Υψηλή» θερμοκρασία «Mέση» «Χαμηλή»

17 Μποζονικάέναντι έναντιφερμιονικώνατόμων A. G. Truscott et al., Science 291, 2570 (2001)

18 a s κατάσταση της ύλης, όπου ένας μακροσκοπικό αριθμός (μποζονικών) σωματιδίων καταλαμβάν μια κβαντική κατάσταση του συστήματος

19 ΣυμπύκνωσηBose Bose-Einstein Μετάβασηφάσηςσεέναμποζονικόαέριο: Μακροσκοπική κατάληψη μιας κβαντικής κατάστασης του συστήματος Κβαντικά φαινόμενα: μακροσκοπική κλίμακα!

20 ΣυμπύκνωσηBose Bose-Einstein Φαινόμενα συμφωνίας Κβαντικές μεταβάσεις φάσεως Νέα«συλλογικά» φαινόμενα Μη-γραμμικά φαινόμενα σολιτονικα κύματα Υπερ-ρευστότητα

21 Τυπικέςκλίμακες κλίμακες Έως εκατομμύρια ατόμων Έως0.1 mm φορές πιο αραιά από τον αέρα: 3 na scatt << 1 Κρίσιμη T : φορές μικρότερη από του Ηλίου Θερμικέςταχύτητες: mm/sec Περίοδος ταλαντώσεων 0.1 sec Χρόνος ζωής: λεπτά k B T c 2 n h M 2/3 T c M M He atomic n n atomic He 2/3 K 100

22 ΒραβείαNobel στηφυσική Φυσική,, 1997 και2001 development fmethodsto oolandtrap oms with laser light For the achievement Bose-Einste condensation dilute gases alkali atoms, a for early fundamenta studies of th properties of t condensates

23 Ηέρευνατηςομάδαςμαςμας

24 Τοπολογικώςμη μη-τετριμμένεςπαγίδες

25 Υπερ-ρευστότητα ρευστότητασετοπολογικώς μη-τετριμμένες τετριμμένεςπαγίδες Persistent currents C. Ryu et al., Phys. Rev. Lett. 99, (2007) Laser beam Ταάτομα τοποθετούνται στην παγίδα Παραβολική αγίδα + Α ωστικό δυναµικό Τους δίδεται γωνιακ στροφορμή Η περιστροφή τους διαρκείμέχρι10 sec

26 Μιαυλοποίηση υλοποίησητου«αεικίνητου» Persistent currents Υπεραγωγοί, Υπερ-ρευστά

27 Υπερ-ρευστότητα ρευστότητασεμίγματαατόμωνατόμων

28 Υπερ-ρευστότητα ρευστότητασεμίγματαατόμωνατόμων Οι περιστροφικές ιδιότητες ενός μίγματος ατόμων έχουν ορισμένες πολύ ενδιαφέρουσες ιδιότητες Οι επιπλέον βαθμοί ελευθερίας εισάγουν ενδιαφέροντα φαινόμενα τα οποία απουσιάζουν στην περίπτωση ενός μόνο είδους ατόμων

29 Μίγματαατόμων ατόμωνσεένανδακτύλιο J. Smyrnakis et al., Phys. Rev. Lett. 103, (2009) R NA A A A B B

30 Κρίσιμητιμή τιμήτηςτιμήςζεύξης J. Smyrnakis et al., Phys. Rev. Lett. 103, (2009) Κρίσιμη τιμή ζεύξης Ευστάθεια «Σχετικός» πληθυσμός N N + N ) A /( A B

31 Υπερ-ρευστότητα ρευστότητασεένα δυναμικό γεωμετρίας τόρου S.Beattieet al., Phys. Rev. Lett. 110, (2013)

32 Υπερ-ρευστότητα ρευστότητασεένα δυναμικό γεωμετρίας τόρου S.Beattieet al., Phys. Rev. Lett. 110, (2013)

33 Σπάσιμοτης τηςσυμμετρίαςκαιυπερ-ρευστότηταρευστότητα Z. Wu et al., to appear in Phys. Rev. A Μη-συμμετρική περίπτωση Συμμετρική περίπτωση Κρίσιμη τιμή ζεύξης «Σχετικός» πληθυσμός

34 Συμπεράσματα Το φαινόμενο της υπερ-ρευστότητας σε ένα μίγμα δύο μποζονικών αερίων παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον. Σε πρώτη προσέγγιση, θεωρώντας κανείς την«συμμετρική» περίπτωση, μπορεί να κατασκευάσει ένα υπερ-ρευστό όπου βάσε της ασυμμετρίας μεταξύ των πληθυσμών των δύο ειδών ατόμων μπορεί να ελέγξει την υπερ-ρεύστη συμπεριφορά του συστήματος. Η«μη-συμμετρική» περίπτωση παρουσιάζει ακόμα πιο πλούσια δομή.

35 Ψυχὴ πᾶσα ἀθάνατος. Τὸ γὰρ ἀεικίνητον ἀθάνατον. «Φαίδρος» του Πλάτωνα