具有各向同性自旋轨道耦合的两体散射研究

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在过去20多年里冷原子物理的研究获得了蓬勃的发展,一个极为重要的原因是由于两个冷原子间的有效相互作用形式简单而且强度精确可调。通常的冷原子量子气体十分稀薄,因此整体的性质在很大的程度上取决于两体相互作用的性质。同时由于具有十分优良的量子相干性和对原子的量子态以及原子间相互作用进行操控的丰富手段,冷原子体系逐步发展成为研究相互作用的多体和少体系统的良好实验载体。近几年来,随着人工合成规范场技术在冷原子体系中的发展,人们可以模拟出在分数量子霍尔效应以及拓扑绝缘体中起重要作用的自旋轨道耦合(spin-orbit coupling)。尽管形式简单,这种耦合却能够显著地改变冷原子间的有效相互作用。即使对于单个原子,单粒子色散关系,几率流,态密度等性质也会发生显著的改变。深入理解自旋轨道耦合相互作用对冷原子系统的影响对于更好的理解原子量子气体中的多体和少体物理具有十分重要的意义。本论文对具有三维各向同性的自旋轨道耦合相互作用的两体散射建立了一个完整的理论框架。我们得到了两个基态原子之间的碰撞截面与散射振幅的一般表达式。我们同时阐明了在各向同性的自旋轨道耦合相互作用下双原子碰撞性质的变化。通过采用球方势模型和s-波赝势分别来描述两个基态原子之间的短程相互作用,我们全面地系统地求解了两个全同费米子体系和全同玻色子体系的低能散射性质。自旋轨道耦合的出现为两体低能散射带来一个不同于通常由短程作用势对应的新能量尺度。在低于这个新能量尺度下,我们发现冷原子之间散射将具有与以往Wigner阈值行为不同的全新性质,同时散射原子的分布一般具有个性异性。我们详细的分析和理解这些结果并指出一系列可以在实验上观察到的现象。我们的结果为正确理解和处理带有自旋轨道耦合相互作用的冷原子物理体系中原子间的有效相互作用提供了理论基础。
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