光晶格中超冷玻色气体量子临界行为的研究

光晶格中的超冷玻色气体进入量子临界区域将呈现丰富的多体量子行为。本项目主要研究超冷铷原子气体在一维光晶格系统中的量子临界行为。实验上着重调控参数大范围的变化：不仅要达到接近Mott相变的光晶格强度，而且将利用弱磁阱冷却方法将冷原子气体温度降至nK甚至于亚nK量级，驱使二维的子凝聚体达到BKT转变条件。为提取系统的相干及统计信息，将分别采用密度分布、密度概率分布、密度-密度关联以及高分辨原位成像等探测方法。理论上建立相应的模型分析揭示相关的物理机制。项目工作不仅有助于提高BEC的操控技术，更关键的目标在于观察BKT转变温度之上非束缚量子涡旋对系统相干性的影响，发现BKT转变诱发的新奇量子现象，发现和认知量子临界区域的普适行为。

光晶格中的超冷玻色气体在超流和Mott绝缘相之间存在一个量子临界区域，在该区域将呈现丰富的多体量子行为。本项目主要研究一维光晶格中的超冷铷原子气体，利用相位涨落和密度概率分布等探测方法发现和认知量子临界区域的普适行为。本项目在相位涨落测量以及量子临界区域的表征方面取得了重要研究成果。. 相位涨落是研究光晶格系统量子相变的一个重要物理量，测量相位涨落有助于深入了解系统从超流到量子临界区的变化。我们发展了一种测量光晶格系统相位涨落的新方法，并在实验上予以验证。与Kasevich研究组所用的方法(C. Orzel, et al. Science 291, 2386 (2001))相比，我们的方法不依赖于干涉峰的可见度，即使在光晶格深度非常高的情况下仍然有效，而且可推广到2D、3D光晶格系统。研究成果已发表在Phys. Rev. A上（PRA 86, 053609 (2012) ）。. 我们系统研究了一维光晶格中超冷铷原子在量子临界区域的密度概率分布，实验上发现了一个普适行为，即BKT相变温度之上的量子临界气体呈现指数形式的密度概率分布。我们的理论模型证实，在该临界区域同时存在的两类相位涨落是导致指数形式密度概率分布的原因。我们的结果表明密度概率是一个可用来表征量子相变的重要物理量。研究成果已发表在New Journal of Physics上（NJP 17, 063015 (2015) ）。