对二维系统的玻色-爱因斯坦凝聚的研究

 申报人
李河虬 (物理学系)
 成果简介
自然界中的微观粒子根据集体的统计行为的不同可以主要分为费米子和玻色子两大类,它们拥有不同的自旋,遵循不同的统计规律。其中费米子受泡利不相容原理约束,即两个费米子不能同时占据同一个量子态。而玻色子则不受此约束,可以有任意多个玻色子处于同一个量子态。因此当玻色子系统的温度低于某个非零值的时候有可能存在大量乃至宏观数量的粒子处于基态,这种现象叫做玻色-爱因斯坦凝聚,其在凝聚态、冷原子、原子分子光学等领域有着广泛的应用,超导和超流现象都是玻色-爱因斯坦凝聚的结果。 目前广为接受的主要理论认为对于自由玻色子只有三维系统才能发生玻色-爱因斯坦凝聚,而二维的单层平面系统却无法发生。主要理由是统计力学中的对态空间的积分式在三维系统中是收敛的,而此积分式在二维系统中是发散的,因此二维系统中玻色-爱因斯坦凝聚不会发生。 而我们发现了此推论中不够严谨之处。事实上对态空间的积分式只是一个近似的结果,没有考虑到量子态的离散性,原则上本来应该用求和式而不是积分式。当我们重新考虑离散性用求和式进行计算,我们证明了不同于主流观点的结论:二维系统也存在有限的玻色-爱因斯坦凝聚转变温度。我们同时还指出,统计力学中被广泛应用的巨正则系综理论有时会偏离正确结果,我们计算出了偏差值并给予了解析证明。我们的研究结果以浙江大学为第一单位发表在著名期刊Physical Review E上,我们还以此课题在由美国物理学会举办的国际会议APS March Meeting上做学术报告。
 申报人微介绍

我们团队一共有三名本科生与一位指导教授。指导教授是当时来浙大物理系进行学术访问的来自美国爱荷华州立大学的 David C. Johnston教授。课题研究也是在课程中提出的。在这个过程中,李河虬同学一直扮演着团队的核心骨干的角色,把握着研究过程的主方向。而郭秋江同学和蒋骥同学则跟着在细节上提出自己的看法并做出修正。

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评选办法
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