粒子数失衡的超流费米冷原子气体旋转时的相分离

混合物质在旋转时出现的相分离很早就被人们认识和应用。在实验上MIT的Ketterle小组观察到粒子数失衡（population imbalance）的两分量费米冷原子气体在旋转下出现的相分离：一部分是库泊对组成的超流相，另一部分是不参加配对的费米原子组成的常规（非超流）体系。我们研究这一原子气体在旋转下的相分离的物理机制，主要回答以下问题：旋转是否有助于相分离？该体系的物理参数（旋转速度，粒子数失衡强度，粒子作用强度，温度等等）如何影响相分离？我们运用一些成熟的理论方法，包括泛函密度近似和蒙特卡罗模拟等，来计算该体系在旋转系中的基态和低能量激发态，从这些态中分析相分离的有关物理机制。我们的研究除了探讨这一新型量子体系的相分离现象外，还关系到库泊对关联以及涡旋态等基础的量子现象，在量子信息应用上也会有着影响。

该项目的受资助者长期从事超流及超导领域的基础的物理理论及图像的研究，曾说明了超流是一种玻色子交换效应，给出了超流的清晰的量子机理。这个项目是受资助者在基金委拿到的第一个项目用于资助在超流超导领域的基础研究。在这个项目的资助期间里，受资助者在这个领域里面的研究获得丰硕的成果，其中在超流体系的涡旋动力学方面的研究发表在Science上(Science 332, 1288 (2011)) 。一些主要成果概述如下，i）在超导体的基础物理图像研究中提出当超导体中的电流大于临界电流时，库泊对并不是大家所认为的那样被打破，库泊对可以存在，并提出检验库泊对存在的实验方法，这个基础物理图像和高温超导体里面的赝隙相（pseudo-gap phase)有着深刻的联系(Physica C. 493, 31 (2013))。ii）在超流的基础理论研究上面提出一系列的物理认识，其中包括如何统一认识过去在超流液氦的实验研究中发现的两种看起来有不同性质的临界速度，即外在的临界速度和内禀的临界速度，这种深层次的统一对超流的基础物理理论有重要意义(Mod. Phys. Lett. B 26, 1230017 (2012))。iii)在超流体系的涡旋动力学研究上面取得系列成果，譬如从理论上展示了涡旋是如何一一形成，涡旋环的形成和湮灭过程，涡旋线的相互缠绕、断裂和重新链接，这些动力学过程是第一次被清楚地演示，该工作发表在Science上(Science 332, 1288 (2011))。上述的工作i)和工作ii)由项目的被资助者独立完成，工作iii)为合作的成果。这些工作和资助项目提到的研究工作在方向上面一致，内容上很接近，具体的事情上面有所调整和增加了一些内容， 这种调整的原因是实际做的工作比项目中提到的事情更具有基础性和重要性，科研研究价值性更大性，也更迫切些，更能符合基金委资助的目的。受资助者期盼在超流超导领域的基础研究上面能得到基金委下一轮的资助。