准粒子玻色-爱因斯坦凝聚中相位相干性的自发涌现

自爱因斯坦在量子力学诞生之初提出预言以来，玻色-爱因斯坦凝聚体（BECs）由于具有在宏观尺度上展现量子现象的特性，正引起物理学各领域越来越多的关注。它们是各种物理系统中许多引人入胜的观测对象，从液氦到稀释原子气体。除了像原子这样的真实粒子以及像库珀对或激子这样的复合玻色子之外，这种现象也在诸如极化激元和磁振子（磁性介质中自旋波激发的量子）等准粒子气体中被观察到。BEC 态的基本属性是其相干性，表现为相应波函数具有精确定义的相位，该相位自发产生并涵盖聚集在其能谱底部的所有粒子。到目前为止，BEC 相位仅在依赖于空间相位差的现象中被揭示，例如干涉、二阶相干性以及宏观 BEC 运动——超流、超流性和约瑟夫森振荡。在这里，我们提出了一种相对于外部参考信号直接在时域测量磁振子 BEC 相干态相位的方法。我们报告了从自由演化的磁振子气体中自发相干性的涌现，这表现为磁振子凝聚成具有最小能量和明确相位的均匀进动态。这些发现证实了准粒子凝聚体的所有假定基本属性，提供了进入此类系统新自由度的途径，并开启了使用微波频率磁振子 BECs 进行信息处理的可能性。