超冷原子气体相变临界指数的精密测量

The critical behavior of phase transition is a very unique and interesting behavior in nature. The quantitative study of the critical behavior of phase transition is only after the renormalization group theory was developed. The precise verification of renormalization group theory was only performed in Helium and a few other ensembles, but in quantum degenerate gases have not yet carried out experimental verification. This project aims to through precision measurement of critical index in phase transition and physical parameters of each phase of the.quantum degeneracy gas to verify renormalization group theory. Critical phase transition behavior research not only deep understanding of quantum gases in the phase transition region of the peculiar properties, and but also to understand the formation of initial state process of the big bang, galaxies, and earthquake, tornado formation, etc. So it is very important to carry out the precise measurement of the critical exponent in the phase transition of ultracold atomic gases.

相变中的临界行为是自然界中十分奇特与有趣的行为，相变临界行为的精确定量研究是在重整化群理论提出后才逐步开展。当前重整化群理论的准确性在液氦等系统中得到了基本的验证， 但是在量子简并气体中尚未开展相关的实验验证， 本项目旨在通过量子简并气体相变临界指数的精密测量以及各相物理参数的测量，对重整化群理论进行实验验证。之外，通过开展整个相变区域的物理参数的精密测量，提高重整化群理方法在整个相变区域的计算精度。相变临界行为的研究不但可以深刻理解量子气体的在相变区域的奇特性质，而且对宇宙大爆炸的初始状态过程、星系的形成、以及地震的产生、龙卷风的形成等自然现象可以得到更深刻的理解。因此开展超冷原子气体相变中的临界指数的精密测量有着重要的意义。

相变中的临界行为是自然界中十分奇特与有趣的行为，本项目原计划旨在建立和发展玻色气体系统与光晶格系统临界行为的理论和搭建相关的实验系统，精密测量临界值与临界指数，与理论值进行比较。按照中期检查专家组意见：（1）进一步搭建理想光晶格，测量在相图叶片顶点的临界值，并与非叶片顶点处的临界值进行比较。（2） 改进量子蒙特卡洛的计算方法，在实际的实验条件下,完善玻色气体在光晶格中的量子相变与临界行为的理论研究。因此，工作主要集中在光晶格超流至模特相变的理论和实验研究，测量在相图叶片顶点与非叶片定点的临界指数。围绕光晶格系统与玻色气体系统临界行为的理论和临界值与临界指数的精密测量，我们通过发展两级蒸发冷却技术、新的能带映射技术和多脉冲K-D散射校准光晶格阱深的新方法，在实验上获得了极低温度玻色气体，并将其装载到光晶格，准确标定光晶格的阱深。理论上发展了量子蒙特卡洛方法，获得了光晶格的相变区叶片不同部位的临界指数，实验上通过Kibble-Zurek机制成功测量了光晶格的相图叶片顶点的临界指数和非叶片定点处的临界指数。