Interacting atoms in optical lattices

光学晶格中相互作用的原子

基本信息

  • 批准号:
    1707576
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project will study the quantum mechanical behavior of atoms in one dimensional (1D) gases. This is important because 1D gases are one of the few many-body systems for which exact quantitative predictions can be made about their quantum states. In comparison, most other quantum many-body systems are not "integrable," and therefore are much more challenging to describe. For this project, ultracold atoms will be prepared and then confined in 1D traps using laser light. The atomic momentum distributions in these 1D gases will be precisely measured under a variety of conditions, and this will serve as a benchmark test for advanced theoretical approaches that are being developed to understand many-body quantum systems. This project is also designed to observe quantum many-body phenomena such as "dynamical fermionization" and "prethermalization." These experiments will motivate new theoretical approaches that will also be relevant for nuclear and condensed matter physics, and will lead to a deeper understanding of quantum many-body phenomena such as superconductivity, magnetism, and quantum information processing. Students working on this project will learn advanced atomic physics research techniques that will prepare them for careers in academia or high tech industry.This team will work on three sets of measurements related to the momentum distributions of 1D Bose gases, using a technique that is dramatically more precise than previous approaches. The first set of measurements will be of equilibrium momentum distributions with intermediately and strongly coupled gases, for a range of temperatures. These will be compared to new theoretical calculations. Any disagreement would indicate that the 1D gases do not have a thermal distribution, despite their extremely gentle preparation starting from equilibrated 3D gases. The second set of measurements will entail the first observation of dynamical fermionization, where the initially bosonic momentum distribution of a Tonks-Girardeau gas transforms into that of a non-interacting Fermi gas, thus directly revealing the underlying conserved quantities in this system. The third set of measurements will measure the early stages of prethermalization after a quantum quench. The quench will be a Bragg scattering pulse, and the part of the ensuing evolution that is related to the point contact interactions is much faster than typical evolution in a trap. Comparisons with recently developed theory will be made. For the latter two sets of the measurements it is beyond existing theoretical methods to perform these dynamical calculations in the intermediate coupling regime. But the investigators propose to perform the experiments there as well, thus setting benchmarks for theorists to work toward.
本项目将研究一维(1D)气体中原子的量子力学行为。 这一点很重要,因为一维气体是为数不多的可以对其量子态进行精确定量预测的多体系统之一。 相比之下,大多数其他量子多体系统都不是“可积的”,因此描述起来更具挑战性。 在这个项目中,将准备超冷原子,然后使用激光将其限制在1D陷阱中。 这些一维气体中的原子动量分布将在各种条件下精确测量,这将作为正在开发的用于理解多体量子系统的先进理论方法的基准测试。 该项目还旨在观察量子多体现象,如“动力学费米子化”和“预热化”。“这些实验将激发新的理论方法,这些方法也将与核物理和凝聚态物理相关,并将导致对量子多体现象的更深入理解,如超导性,磁性和量子信息处理。 参与该项目的学生将学习先进的原子物理学研究技术,为他们在学术界或高科技行业的职业生涯做好准备。该团队将使用比以前更精确的技术,对与一维玻色气体动量分布相关的三组测量进行工作。第一组测量将是在一定温度范围内,用中等和强耦合气体进行平衡动量分布的测量。这些将与新的理论计算进行比较。任何分歧都表明1D气体不具有热分布,尽管它们从平衡的3D气体开始非常温和地制备。第二组测量将需要第一次观察到动态费米子化,其中Tonks-Girardeau气体的初始玻色子动量分布转变为非相互作用的费米气体,从而直接揭示了该系统中的基本守恒量。第三组测量将测量量子猝灭后的预热化早期阶段。猝灭将是布拉格散射脉冲,并且与点接触相互作用相关的随后的演化的部分比陷阱中的典型演化快得多。将与最近发展的理论进行比较。对于后两组的测量,它是超越现有的理论方法来执行这些动力学计算中的中间耦合制度。但研究人员建议也在那里进行实验,从而为理论家的工作设定基准。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Observation of dynamical fermionization
  • DOI:
    10.1126/science.aaz0242
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Joshua M. Wilson;N. Malvania;Yuan Le;Yicheng Zhang;M. Rigol;D. Weiss
  • 通讯作者:
    Joshua M. Wilson;N. Malvania;Yuan Le;Yicheng Zhang;M. Rigol;D. Weiss
Generalized hydrodynamics in strongly interacting 1D Bose gases
  • DOI:
    10.1126/science.abf0147
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    N. Malvania;Yicheng Zhang;Yuan Le;J. Dubail;M. Rigol;D. Weiss
  • 通讯作者:
    N. Malvania;Yicheng Zhang;Yuan Le;J. Dubail;M. Rigol;D. Weiss
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  • 通讯作者:
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知道了