超冷原子气体量子相干性的Talbot-Lau干涉仪研究

The study and control of coherence in quantum systems is one of the most exciting recent developments in physics. Quantum coherence plays a crucial role in emerging quantum technologies as well as fundamental experiments. Using the Talbot-Lau (TL) interferometer as a tool, this project is aimed to study (1) the response of different many-body states of an ultracold atomic gas in a harmonic trap and/or an optical lattice to the TL interferometer; (2) the dynamics of the coherence properties, especially high order correlation functions, of several exotic ultracold atomic systems with the TL interferometer; (3)Special attention will be paid to the universal behavior of quantum coherence in the quantum critical regime. By this project, we can check and develop the present theory of phase transition, and lay foundations for experimental research.

对量子系统相干性的研究和操控是当今物理学中最激动人心的进展之一。量子相干性不仅在一些基础的实验中起着重要的作用，同时还是许多新发展起来的量子技术的关键。本项目主要从以下几个方面开展研究工作：（1）针对在谐振子势和光晶格中的超冷原子气体，研究其不同量子多体态在TL干涉仪作用下的响应；（2）研究若干新奇冷原子系统的量子相干性特别是高阶关联函数在TL干涉仪下的演化；（3）重点研究量子临界区域系统量子相干性的普适规律。通过本项目的开展，可以检验和发展现有的相变理论，为实验开展相关研究打下基础。

对量子系统相干性的研究和操控是当今物理学中最激动人心的进展之一。量子相干性不仅在一些基础的实验中起着重要的作用，同时还是许多新发展起来的量子技术的关键。本项目研究了Kapitza-Dirac（KD）散射在超冷原子气体临界关联测量方面的应用，得到了量子关联与作用后原子分布的关系，提出了实验测量临界指数的方法。研究了超冷原子气体在临界区域的干涉效应，验证了干涉对比度与关联强度的关系，揭示了量子临界现象在KD散射和TL干涉仪中能够得到反映的机理，进一步加深了我们对临界现象的理解。研究了利用KD散射实现不同原子密度光栅的新方法，实验实现了一维和二维光栅。研究了经过序列脉冲散射后原子的密度分布随阱深的变化关系，提出了测量光晶格深度的新方法，精度比原有方法提高了一个量级。研究了光晶格中原子的淬火动力学，得到了光晶格中原子数涨落随时间和阱深的变化，加深了对超流-Mott绝缘态量子相变的理解。研究了超冷原子系统的动力学，发现了原子激光的Bogoliubov-Cherenkov辐射，加深了对原子激光动力学的理解，为更好的操控原子激光提供了理论和实验基础。