Symbiotic nonlinear excitations in multi-component Bose-Einstein condensates

多组分玻色-爱因斯坦凝聚中的共生非线性激发

基本信息

项目摘要

This project contains a comprehensive analysis and the development of a fundamental understanding for localized nonlinear excitations, so-called symbiotic excitations, for two-component Bose-Einstein condensates: dark-bright solitons and vortex-bright solitons. Our aim is to predict novel stable structures of systems with different numbers of symbiotic excitations and to reveal their intriguing dynamics in order to control their properties and behaviour. The investigations will be performed on the mean-field level and beyond mean-field theory by employing the newly developed Multi-Layer Multi-Configuration Time-Dependent Hartree method for bosons (ML-MCTDHB) which exactly takes into account all the correlations of the system. Besides the simulations of the Gross-Pitaevskii equations and the application of the ML-MCTDHB approach we will develop an effective particle picture which allows us to describe and analyze in detail the interactions and dynamics of symbiotic excitations. This way it will be possible to explore large clusters or even finite-sized crystals of these objects. The many-mode dynamics of these clusters will provide new insights into their dynamical stability and binding properties. Elastic and inelastic collisions as well as tunneling processes among the subcomponents of the symbiotic excitations for different trap geometries hold the promise of providing us with a very rich dynamics with a plethora of nonlinear effects and phenomena which one does not encounter in single component condensates. A detailed modelling, the application of analytical and asymptotic methods as well as large scale computational studies to in particular explore the correlations effects beyond mean-field theory represent major aspects of the present project. The investigations will be performed in close collaboration with experimental groups at the Washington State University and the University of Massachusetts. We aim at a detailed comparison of experimental observations and theoretical simulations.
该项目包含对二元玻色-爱因斯坦凝聚:暗亮孤子和涡亮孤子的局域非线性激发(所谓的共生激发)的全面分析和基本理解的发展。我们的目标是预测具有不同数量共生激发的系统的新颖稳定结构,并揭示它们有趣的动力学,以控制它们的特性和行为。该研究将通过采用新开发的多层多配置玻色子瞬态 Hartree 方法(ML-MCTDHB)在平均场水平和超越平均场理论上进行,该方法准确地考虑了系统的所有相关性。除了 Gross-Pitaevskii 方程的模拟和 ML-MCTDHB 方法的应用之外,我们还将开发有效的粒子图像,使我们能够详细描述和分析共生激发的相互作用和动力学。这样就可以探索这些物体的大簇甚至有限尺寸的晶体。这些团簇的多模式动力学将为它们的动力学稳定性和结合特性提供新的见解。不同陷阱几何形状的共生激发的子分量之间的弹性和非弹性碰撞以及隧道过程有望为我们提供非常丰富的动力学,以及在单组分凝聚态中不会遇到的大量非线性效应和现象。详细的建模、分析和渐近方法的应用以及大规模计算研究(特别是探索平均场理论之外的相关效应)代表了本项目的主要方面。这些调查将与华盛顿州立大学和马萨诸塞大学的实验小组密切合作进行。我们的目的是对实验观察和理论模拟进行详细比较。

项目成果

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