相对论气体玻色-爱因斯坦凝聚的研究

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近几年来,玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)在理论和实验上都得到了广泛的研究。考虑到相对论效应,本文主要研究了玻色气体的凝聚和热力学性质。 用半经典近似的方法研究了随机箱中相对论理想玻色气体的BEC以及热力学性质,在箱子的边界满足双模分布和高斯分布时,计算了系统的BEC转变温度和Helmholtz自由能。研究表明:由于随机边界条件引起的淬火无序,系统的BEC转变温度降低了,而临界温度下系统的Helmholtz自由能则升高了。同时,我们还得到了系统的相图,发现当系统的温度接近刚性箱子的转变温度时,箱子边界的一个小的波动就会导致系统凝聚的破坏。 在存在反粒子的情况下,研究了随机箱中相对论理想玻色气体的性质,计算了BEC的转变温度和该温度下系统的Helmholtz自由能。结果表明,该系统的BEC转变温度也是由于这种淬火无序而降低。但是,与不存在反粒子的情况相比,系统的BEC转变温度更高,该温度下系统的Helmholtz自由能更低。这就意味着,存在反粒子的系统更加稳定。同时也给出了该系统的相图,发现箱子边界淬火波动的行为与不存在反粒子的情况相似。 借助量子理论研究了简谐势阱中相对论玻色气体的BEC以及热力学性质。计算了系统的BEC转变温度和Helmholtz自由能,讨论了粒子质量对BEC转变温度和系统的Helmholtz自由能的影响。研究发现,粒子数越多,系统的BEC转变温度越高,该温度下系统的Helmholtz自由能越低。当保持系统的粒子数不变而改变粒子的静止质量时,BEC转变温度随静止质量的减小而增大,而Helmholtz自由能随静止质量的减小而降低。同时还发现,借助量子理论计算的相对论BEC转变温度比非相对论近似下的高。 讨论了反粒子对简谐势阱中相对论玻色气体性质的影响。计算结果表明,系统的BEC转变温度和该温度下系统的Helmholtz自由能随粒子数变化的行为与不存在反粒子情况的相似。在存在反粒子情况下,对于相同的粒子数,系统的BEC转变温度比不存在反粒子情况下的高,而系统的Helmholtz自由能比不存在反粒子情况的低。这说明,存在反粒子的系统更容易达到BEC转变温度,即更稳定。
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