Бозе-конденсат

Cтраница 4

Квазичастицы в ряде случаев являются строительным материалом более сложных динамических конструкций в кристаллах. Так, электрон проводимости и дырка в полупроводнике образуют водородоподобный ( точнее, позитрониевоподобный) атом, экситон Мотта, а два электрона в сверхпроводнике - квазимолекулу, куперовскую пару. Энергетическая структура сверхпроводника представляет собой интереснейший конгломерат свойств ферми - и бозе-возбуждений: электроны проводимости ( фермионы) из узкого слоя вблизи поверхности Ферми образуют бозе-частицы ( куперовские пары), которые, однако, существуют только в бозе-конденсате, а элементарные возбуждения над бозе-конденсатом - фермионы ( электроны проводимости), результат разрыва пар за счет теплового движения. [46]

Речь идет фактически о некоторой аналогии между бозе-конденсатом и лазером. В схеме лазера можно представить себе ситуацию, когда в резонаторе накапливается лазерное излучение вследствие атомных переходов с верхнего возбужденного уровня на более низкий уровень. Открытие затвора устраняет одно из зеркал и позволяет импульсу света выйти в свободное пространство. В бозе-конденсате накопление холодных атомов в ловушке аналогично накоплению фотонов в резонаторе. [47]

Бозе - Эйнштейна, а жидкий 4 Не представляет собой квантовую бозе-жидкость. Полное теоретич, рассмотрение свойств бозе-жидкос-ти - сложная нерешенная до сих пор задача. Как показал Н. Н. Боголюбов ( 1947), сверхтекучесть 4Не может быть рассмотрена на модели слабо неидеального бозе-газа, в к-ром при понижении темп-ры происходит бозе-конденсация: накопление в одном квантовом состоянии с наинизшей энергией макроскопич. Именпо наличие бозе-конденсата приводит к формированию спектра, удовлетворяющего критерию Ландау. Эксперимент показывает, что доля атомов Не, находящихся в конденсате при Т - 0, составляет ок. Качественное согласие теории с наблюдаемым спектром элементарных возбуждений было достигнуто при учете свойств волновой ф-ции осн. [48]

G изотропной жидкости, но остается инвариантным относительно преобразований из пространственной группы, симметрии кристалла. Намагниченность в ферромагнетике преобразуется как вектор при вращениях подсистемы спинов и меняет знак при обращении времени. Волновая ф-ция W бозе-конденсата в сверхтекучем Не ( см. Гелий жидкий. Комплексная матрица Aai в сверхтекучем 3Не преобразуется как вектор по второму индексу при пространственных вращениях, как вектор по первому индексу при спиновых вращениях, умножается на ехр ( йр) при калибровочных преобразованиях, переходит в комплексно сопряженную матрицу при обращении времени и меняет знак при пространственной инверсии. [49]

Эффективная потенциальная яма Up ( x для фонона с энергией Ни const. Снаружи от точек А, А элементарное возбуждение становится свободной частицей, находящейся в потенциале Up ( x, изображенном штриховой линией. А внутри точек А, А импульс частицы р Hk Нш / св. Так как внутри конденсата плотность газа меняется таким образом, что удовлетворяется соотношение тс - U ( x, то квадрат импульса фонона р2 Н2и2 / с2 mh2ui2 / U ( x. Поэтому с точки зрения импульса эффективная яма Up ( x выглядит так, как изображено штриховой линией. При ио - 0 точки А, А приближаются к точкам В, В, а штриховая линия приближается к отрезку В В оси х. [50]

Если газ нагревать, то число частиц в конденсате будет уменьшаться, а число возбуждений - фононов увеличиваться. Все частицы конденсата имеют энергию, равную нулю. Такое состояние с точки зрения частиц выглядит как бозе-конденсат с нулевой энергией. При перемещении любой частицы внутри ямы изменение ее потенциальной энергии в точности компенсируется изменением энергии гаСд, возникшей из-за парных взаимодействий с другими частицами. По этой причине форма потенциальной ямы никак не влияет на равенство нулю полной энергии любой частицы конденсата. [51]

Детальное квантово-механическое рассмотрение показывает, что наибольшее понижение энергии системы достигается при образовании пары электронов с равными и противоположно направленными импульсами и противоположными спинами. Куперовская пара как новая частица в отличие от электрона имеет спин, равный нулю, и, следовательно, подчиняется статистике Бозе-Эйнштейна, а не статистике Ферми-Дирака, как электрон. Для куперовских пар не выполняется принцип Паули, и они в любом количестве могут занимать одно энергетическое состояние. Происходит так называемая бозе-конденсация. Течение бозе-конденсата является сверхтекучим. Рассеянию частицы, принадлежащей конденсату, на дефекте Ттрепят-ствуют другие частицы бозе-конденсата. [52]

В первой фазе заполнения ловушки атомами газа используется лазерное охлаждение. Затем наступает вторая фаза - фаза индуцированного охлаждения. Подбирая частоту ВЧ-поля, можно избирательно выбрасывать атомы с периферии ловушки, где находятся самые теплые частицы. Таким образом удается существенно снизить температуру и попасть в область значений Т меньше микрокельвина. При этом и возникает бозе-конденсация. С помощью дополнительных лазерных лучей удается контролировать форму магнитной ловушки, меняя тем самым параметры бозе-конденсата. [53]

Страницы: 1 2 3 4