稀原子气体的非平衡热力学与最优冷却
量子气体
2021-02-03 v2 统计力学
原子物理
摘要
表征和优化远离平衡的热力学过程是一项挑战。对于由少数粒子构成的纳米尺度系统而言尤其如此。我们在理论上和实验上研究了束缚在非谐光学偶极阱中并受简并拉曼边带冷却脉冲作用的少数非相互作用铯原子气体的非平衡动力学。我们通过位置分辨荧光成像追踪气体的演化，确定了每次拉曼冷却脉冲后原子的轴向相空间分布。我们从中评估了每次冷却步骤之间的熵产生和统计长度。由于不存在粒子间碰撞，单个拉曼脉冲导致一种不能自行热化的非平衡态。热化可通过结合自由相空间演化和冷却脉冲序列来实现。我们将到达目标热态的熵产生最小化，以确定等间距脉冲序列的最优间隔，并以此实现最优热化。最后，我们利用统计长度验证了一个精细化的热力学第二定律。总之，这些发现为分析和优化少粒子系统的远离平衡过程提供了一个通用的理论与实验框架。
引用
@article{arxiv.1901.06188,
title = {Nonequilibrium thermodynamics and optimal cooling of a dilute atomic gas},
author = {Daniel Mayer and Felix Schmidt and Steve Haupt and Quentin Bouton and Daniel Adam and Tobias Lausch and Eric Lutz and Artur Widera},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.06188},
year = {2021}
}