|
冷Er原子碰撞中的混沌现象 科学的目标是探索未知世界。因此将技术推到新的极致总是激动人心的，往往也导致新的发现。冷原子发展至今已经非常成熟和宏大了，下一步如何走。如果你对基于冷原子的量子模拟感到疲惫，最新Nature杂志上关于Er的研究或许能让你眼前一亮。 (http://www./nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13137.html) 冷原子最先是在碱金属原子方面发展起来的，后来扩展到碱土金属。最近几年扩展到多电子稀土原子，比如Cr，Dy，Er等。多电子结构给原子带来了全新的性质，文章中就研究了Er原子的共振碰撞性质。对于碱金属，Feshbach共振研究已经比较多了，比如研究Fermi子的BEC-BCScrossover，Cs原子的Effmov物理，以及用Feshbach共振来实现超冷分子等等。可以说是一个非常基本和成熟的技术。Ferlaino小组获得Er超冷原子后，研究Er原子Feshbach共振。扫描磁场，记录原子的损失，结果发现非常多的共振谱。
图1：Er168和Er166的Feshbach共振。
在碱金属中，Feshbach共振可以非常精确地计算出来。但是Er是多电子结构，直接计算需要耦合非常多的参数。文章中也尝试从第一原理出发计算共振能级。用分波法，计算到L=20阶，但是计算结果和实验还是差距很大。图2是计算的结果，横轴是计算分波的阶数，纵轴是计算的共振密度（每高斯磁场中平均有多少共振线）。实验结果是阴影区域。可以看到，从头算的结果比实验小很多。更多的计算或许能和实验符合更好，但是计算量太大了。 科学家已经有很多处理复杂系统的经验。如果不能从头算，可以研究系统的统计性质。在核物理领域，人们已经遇到过类似的问题。Winger发展了随机矩阵方法（RMT）来处理此类问题。
图2：分波计算结果。
文章中研究了工作点位置的统计性质。第一个性质是共振点密度。横轴是扫描的磁场，纵轴是共振点的累加。在比较大磁场情况下，可以用直线拟合，说明比较大磁场情况下，共振点密度保持不变。
图3：共振点和共振密度累加线。
另一个统计性质是相邻共振点距离（NNS）的统计性质。计算每一对相邻点的距离，横轴是这个距离，纵轴则是相应的几率。在随机矩阵理论中，NNS满足Winger-Dyson分布。
这是量子混沌的一个一般结论。可以看到，实验数据和这个理论符合的很好。整个结果在意料之外，超冷原子的一大优势就是可以精确计算，如今又观测到量子混沌现象。这样可以从精确计算和统计两个方面进行对比，带来新的思路。
图4： NNS统计性质 http://blog.sciencenet.cn/blog-440329-776339.html 上一篇：一维光晶格中的SU(N)研究 |
|
|
