退相干效应及其在稀薄气体中量子相干性上的表现.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论义量子相干性上的表现杨尨作者姓名理论物理学科专业王丈每教梭导师姓名二〇一五年，刀完成时间?0种芩在尤大博士学位论文退相干效应及其在稀薄气体中量子相干性上的表现作者姓名杨寅彪学科专业理论物理专业导师姓名王文阁教授完成时间UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeDecoherenceandtheeffectonthequantumcoher

2、enceinadilutegasAuthor:YinbiaoYangSpeciality:TheoreticalPhysicsSupervisor:Prof.Wen-geWangFinishedTime:April,2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名抽摘签字日期等中国科学技术大学学位论文授权使用

3、声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校冇权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。公开□保密年签字曰期：签字日期摘要摘要退相干理论在解释许多实验现象时起着十分重要的作用，同时也被汄为与测量问题有关。至今为止实验上己经在

4、许多系统中观察到了退相干效应。冷原子系统，尤其是玻色一爱因斯坦凝聚（，为我们观察多体系统的量子性质提供了一个重要的平台。在临界温度以下，我们有方程可以描述整个体系，然而在高于但不远高于的温度区间，至今仍缺少一个完善论。本篇论文主要尝试根据退相干理论在临界温度之上建立一个原子另外我们也对一个与混沌环境耦合的开放系统的退相干效应的性质进行了一些探讨。本文分析了一个在临界温度以上的实验（在这个实验中观察到了热原子形成的十涉条纹，实验中观察到的条纹对比度高于热原了模型的预期，意味着这里有额外的相干性。我们的分析表明，只是对热原

5、子模型做一些小的修正是无法解释实验中观察到的现象的。根据这个实验及理论的启示，我们从量子布朗运动出发，构建出一个新的原子模型。在这个模型中，即使在临界温度以上，依然冇部分原子可以处在凝聚的状态，我们称之为相干凝聚态。利用退相干理论，对处于相干凝聚态的粒子数，我们给出了了一个含有若干未定参数的解析表达式。我们发现此时选择合适的参数可以解释实验中观察到的大部分现象。为了验证这个模型，我们也提出了一些对将来的实验的建议。另外，我们研宄了一个与混沌环垃相耦合的开放系统，发现当退相千发生后，可以将环境的状态用一些随机选抒的态代替

6、，这个操作我们称之为环境随机化（。我们发现即使此后整个系统的性质发生变化，由这样得到的态也可以很好地模拟和预言此后系统约化密度矩阵的演化。这意味着当退相干发生时，各指针态所耦合的环境之间的关联已经确实消失了，或者说环境所包含的信息对我们来说己经不重要了，这时，我们可以将整个大系统的一个纯态等价看成一个混合态，如在多世界理论中，我们可以认为此时世界发生了“分叉”。我们预期，将会为“真正”的退相干和“分叉”提供一个判据。关键词：退相干、冷原子、原子模型、混沌环境ABSTRACTABSTRACTThedecoherencei

7、sexpectedtoplayanimportingroleinexplainingtheresultsinmanyexperiments,andisalsoexpectedtohavearelationtosolvethequantummeasure?mentproblem.Nowadaysdecoherenceeffectshavebeenobservedinlotsofsystems.Theultracoldatomsystem，，，，。，，ABSTRACTacriterionforthe’，，，目录目录录弓丨第

8、一章绪论第二章退相干的一般理论相干性退相干和指针态相干性的消失环境导致的退相干小结不同耦合强度下的退相弱耦合情况极强耦合中间耦合情况本章小结第三章冷原子系统玻色一爱因斯坦凝聚玻色一爱因斯坦分布和临界温度（无相互作用粒子）的量子力学定义原子间相互作用和交换相互作用方程外场中的冷原子系统原子和外场的相互作用磁阱激光冷却：多普勒（过程塞