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隧穿是量子动力学的一种行为,通常发生在纳米级的结构中。众所周知的约瑟夫森效应就是由两个宏观相相干物质波隧穿而产生的。在不同的系统中都观察到过这种效应,比如,由被一层绝缘层分开的两块超导体构成的S—I—S结以及由纳米级间隙的两个超流液氦体构成的系统。在载有玻色-爱因斯坦凝聚体的双势阱中,当初始粒子数差低于临界值时,也能够发生约瑟夫森效应。高于这个临界值时,随着原子间的排斥作用增强,在实验上能够观察到宏观量子自陷,此时原子基本上都集中在一个阱中。
在一个绝对零度的系统中,所有的热力学涨落都被抑制,量子涨落却显现出来。当系统中两种能量的比值达到某个临界值时,这种量子涨落会引起这个多体系统的基态相变。一个明显的例子就是载有排斥作用玻色子的光晶格中,能够发生超流一莫特相变,对应的物质波场也发生周期性的坍塌和恢复。目前,在相干光场与单原子相互作用的腔电子动力学中,势阱中的单离子的震荡以及BEC中的物质波场都观察到相干态的衰退和恢复。对于关联多体系统,单粒子隧穿和多粒子隧穿同时起作用,集体运动就变得相当复杂。由于两种隧穿的同时作用,相相干就比较难以实现。实际上,自陷并不是仅仅是相干物质的一种现象,在类似的实验条件下,关联冷原子系统也可以发生。自陷的物理机制是粒子间的非线性相互作用导致的,而不是宏观物质波的相干。
在本文中,我们通过将哈密顿量在Fock空间中直接展开来研究双势阱中冷玻色原子的量子动力学。分析单粒子-多粒子隧穿在系统量子演化中的作用。得出所谓的自陷和粒子数震荡是演化的自然结果。当U/t比较大时,系统出现了相干-退相干的震荡。而且发现,即使初始时系统处于深度莫特区,当系统参数处于SF—MI相变临界值时,仍然能够出现相干物质波的坍塌和恢复。这种现象是由于单粒子隧穿起主要作用,而多粒子隧穿被抑制导致的。