超冷原子云碰撞中的量子激波与粒子数反转
量子气体
2014-01-27 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
利用含时密度矩阵重整化群 (TDMRG) 方法，我们研究了限制在谐振子势阱中并遵循 Lieb-Liniger 哈密顿量演化的一维原子云的碰撞。观察到运动本质上是周期性的，云团发生弹性反弹，至少在高分辨率可解析的前几次振荡的时间尺度上如此。这与 Kinoshita 等人 [Nature 440, 900 (2006)] 的“量子牛顿摆”实验结果一致。我们将密度分布结果与流体动力学描述（或广义非线性薛定谔方程）进行了比较，其中压力项取自 Lieb-Liniger 模型的 Bethe Ansatz 解。我们发现，流体动力学可以描述谐振子势阱中云团的呼吸模任意长时间的行为，而在两云团碰撞情况下，由于激波（梯度 catastrophe）的形成，它几乎立即失效。在云团碰撞的情况下，仅凭 TDMRG 即可提取振荡周期，发现其与呼吸模周期有显著差异。伴随激波的形成，我们观察到了典型的粒子数反转局部能量分布，即有效负温度。我们的结果是理解非平衡量子多体系统流体动力学及其动力学中可积性作用的重要一步。
引用
@article{arxiv.1303.6916,
title = {Quantum Shock Waves and Population Inversion in Collisions of Ultracold Atomic Clouds},
author = {Sebastiano Peotta and Massimiliano Di Ventra},
journal= {arXiv preprint arXiv:1303.6916},
year = {2014}
}
备注
11 pages, 6 figures. Enlarged and substantially revised version for publication on Physical Review A. Supplementary online material available upon request