【摘 要】
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超冷等离子体是一种特殊的强耦合等离子体,其中离子和电子的温度远低于传统等离子体,因而其具有相对极长的演化时间,并且体现出强的库仑耦合效应。通过超冷等离子体研究强耦合效应还有许多优点,例如:等离子体初始状态可控、离子温度低而且演化时间尺度长、相对成熟的实验平台以及宽泛可调的参数空间等等。因而,超冷等离子体为实验和理论研究强耦合等离子体物理提供了一个特殊和理想的平台。本文主要研究超冷等离子体的产生动力
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
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超冷等离子体是一种特殊的强耦合等离子体,其中离子和电子的温度远低于传统等离子体,因而其具有相对极长的演化时间,并且体现出强的库仑耦合效应。通过超冷等离子体研究强耦合效应还有许多优点,例如:等离子体初始状态可控、离子温度低而且演化时间尺度长、相对成熟的实验平台以及宽泛可调的参数空间等等。因而,超冷等离子体为实验和理论研究强耦合等离子体物理提供了一个特殊和理想的平台。本文主要研究超冷等离子体的产生动力学,实验通过激光电离磁光阱中冷原子的方法和冷里德堡原子自发演化的方法获得了超冷等离子体,并在两种实验方案中测量了不同条件下等离子参数的变化,重点讨论了超冷等离子体产生过程中起重要作用的物理过程和机制。利用磁光阱冷却囚禁的Rb-87原子的密度和温度分别为1010 cm-3和500μK。实验中可控制的物理参量包括:电子的初始动能(温度)、离子/电子的初始密度、里德堡原子能级和原子数布局、以及外加电场场强等。首先,我们利用光电离冷原子的方法产生了超冷等离子体,测量了等离子体的寿命和阈值离子数等参数,并利用库仑势阱模型和自相似扩散模型对实验结果进行了拟合和解释,对等离子体产生过程中重要物理过程,如:三体复合、无序诱导加热、以及离子的动能振荡等,的现象和物理机制进行了讨论。此外,我们还利用外部直流电场作为一种工具来调整的超冷等离子体中的库仑势阱深度,并研究了其对超冷等离子状态的影响。其次,我们还通过冷里德堡气体自发演化的方法产生了超冷等离子体,并利用场电离里德堡原子的方法测量了高密冷里德堡原子演化后的态分布,重点讨论了里德堡原子演化过程中起重要作用的碰撞过程。研究发现:主导里德堡态原子演化的碰撞过程随里德堡态主量子数n变化很明显,低n里德堡原子中彭宁碰撞电离作用很明显,中n里德堡原子中偶极-偶极相互作用很重要,而电子-里德堡原子碰撞主导高n里德堡原子的演化。我们还通过调节里德堡原子初始态布局、密度和碰撞时间等参数,研究了里德堡-里德堡碰撞过程对里德堡原子自发演化的影响。简而言之,我们通过两种方法产生了超冷等离子体,并测量了不同条件下等离子参数的变化,结合库仑势阱模型对超冷等离子体产生过程中的物理过程和机制进行了讨论。基于此工作,我们将进一步研究超冷等离子体扩散过程中的动力学。更详细的中文介绍请参见论文附录。
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