合并旋转玻色 - 爱因斯坦凝聚体的动力学不稳定性与湍流

我们展示了二维谐振子势阱中旋转玻色 - 爱因斯坦凝聚体合并的模拟结果。通过将旋转轴置于势阱极小值处，并在缓慢提升旋转频率的同时将两个凝聚体相互移动，从而触发凝聚体的合并。我们通过让合并后的凝聚体在单一谐振子势阱下演化，分析了其动力学过程。我们系统地研究了最终统一凝聚体中孤子和涡旋结构的形成，同时考虑了非旋转和旋转的初始状态。在这两种情况下，合并都会导致孤子的形成，这些孤子通过蛇形不稳定性衰变为涡旋对，随后这些涡旋对发生湮灭。孤子的形成及其衰变引起的相位激发会产生声波，当合并时间较短时，这种现象更为显著。在足够长的合并时间下，我们未观察到声波的产生，这最终使凝聚体达到其基态。在旋转情况下，我们观察到离轴合并（即旋转轴未对齐），导致孤子形成的扭曲和减弱。不可压缩动能谱在初始阶段对于高于临界频率旋转的合并凝聚体表现出类 Kolmogorov 级联 [$E(k) \sim k^{-5/3}$]，而在后期所有情况下均表现出类 Vinen 级联 [$E(k) \sim k^{-1}$]。我们的发现对原子干涉测量、连续原子激光器和量子传感应用具有潜在的重要意义。