【摘 要】
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本文基于三维Gross-Piraevskii(GP)方程,研究在含时周期性外磁场的作用下玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学行为。磁单极是矢量场中的拓扑缺陷,利用外部磁场,可以在稀薄的玻色-爱因斯坦凝聚体的自旋纹理上刻印点状拓扑缺陷,凝聚体序参量的对称性使得这个拓扑缺陷伴随着一个对应于磁单极狄拉克弦的涡丝,由此产生一个物理狄拉克弦,其终止于磁单极。磁单极为仅表现为孤立的北极或者孤立南极的粒子,其既符合量子
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本文基于三维Gross-Piraevskii(GP)方程,研究在含时周期性外磁场的作用下玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学行为。磁单极是矢量场中的拓扑缺陷,利用外部磁场,可以在稀薄的玻色-爱因斯坦凝聚体的自旋纹理上刻印点状拓扑缺陷,凝聚体序参量的对称性使得这个拓扑缺陷伴随着一个对应于磁单极狄拉克弦的涡丝,由此产生一个物理狄拉克弦,其终止于磁单极。磁单极为仅表现为孤立的北极或者孤立南极的粒子,其既符合量子力学,又符合电磁场的规范不变性,磁单极的存在使得所有磁荷都必须是量子化的,也就是说,所有磁荷必须是基本单位的整数倍。当外磁场作用足够强时,凝聚体中的涡度与磁单极的磁场保持一致,利用周期性磁场有多个零点,且在每个零点处均可产生磁单极的特性,我们引入周期性磁场来产生所研究的正、负磁单极对。磁单极有正、负之分,正磁单极是指所有的磁感线均由圆心向外发射,仅有狄拉克弦与磁感线方向相反指向圆心的磁单极;负磁单极是指所有的磁感线由外向内指向圆心,仅有狄拉克弦由圆心向外发射的磁单极。首先我们先利用周期性磁场来产生磁单极对。用平均场近似的方法进行理论分析以及数值计算来研究正、负磁单极对的相互作用,以及研究由正、负磁单极对相互作用诱导的孤立狄拉克弦。结果显示,在含时的周期性外磁场作用下,铁磁态自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚体将会发生拓扑形变。随着时间的演化,磁场的两个零点会进入到凝聚体中,可以在密度布居图上观察到自旋向上态在z轴上形成两个小凸起,分别向上和向下。随后磁场的两个零点重合,向上和向下的小凸起均被拉长,最终在z轴上自旋向上态呈线状分布,这与理论分析预测所得到的孤立的狄拉克弦相对应。通过计算出凝聚体的超流涡度可以给出了磁单极的表征图。结果显示,凝聚体在周期性磁场的两个零点处分别形成正、负磁单极,分别对应着密度布居图上自旋向上态在z轴上向上和向下的小凸起。随着时间的演化,磁场的两个零点开始相互靠近、慢慢重合,正、负磁单极对中的两条狄拉克弦也逐渐相互靠近,大约经过5ms的时间,它们完全相连,最终形成孤立的狄拉克弦。之后我们又引入双势阱,在每一个势阱中分别产生一个磁单极,通过调控频率差f1-f2来调整势阱的径向间距d,在势阱的变化过程中对信号的振幅进行调整,来产生几乎相等的势阱深度,通过调控相应参数让两个势阱向中间靠拢,从而研究该势阱中磁单极对的相互作用。当t(28)30ms时,在密度布居图上观察到自旋向上态在z轴上形成两个小凸起,分别向上和向下,随着时间的演化,向上和向下的小凸起被拉长。
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