[論文レビュー] The one-dimensional Bose gas with strong two-body losses: dissipative fermionisation and the harmonic confinement

Lorenzo Rosso, Alberto Biella+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2021

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 37被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、強い二体励起状態の消失を受ける一次元ボーズガスの散逸的ダイナミクスを調査し、量子ゼノー状態において系がフェルミオン化し、レート方程式によってよく記述されることを示している。調和的閉じ込めがある場合、ガスは加速して消失し、新しい崩壊状態を示すが、自由空間では異常な枯渇を示し、低温古典ガスのようになる。

ABSTRACT

We study the dynamics of a one-dimensional Bose gas in presence of strong two-body losses. In this dissipative quantum Zeno regime, the gas fermionises and its dynamics can be described with a simple set of rate equations. Employing the local density approximation and a Boltzmann-like dynamical equation, the description is easily generalised to take into account an external potential. We show that in the absence of confinement the population is depleted in an anomalous way and that the gas behaves as a low-temperature classical gas. The harmonic confinement accelerates the depopulation of the gas and introduces a novel decay regime.

研究の動機と目的

• 強い二体消失が作用する一次元ボーズガスのダイナミクスを理解すること。
• 散逸的量子ゼノー状態における系の振る舞いを調査すること。
• 局所密度近似を用いて外部ポテンシャルを含む記述を一般化すること。
• 調和的閉じ込めが崩壊ダイナミクスおよび集団枯渇に与える影響を分析すること。
• 閉じ込めがない状況における古典的振る舞いの出現を探索すること。

提案手法

• 強い二体消失下での散逸的ダイナミクスを記述するため、レート方程式のセットを用いて系をモデル化すること。
• 外部ポテンシャルを含む系への記述を拡張するために、局所密度近似を適用すること。
• 系の集団の時間発展を捉えるために、ボルツマンに類似した動的方程式を用いること。
• 閉じ込めがない状況での異常枯渇行動を研究するために、系を分析すること。
• 調和的閉じ込めを導入し、その崩壊速度および新しい崩壊状態への影響を検討すること。
• 損失誘発ダイナミクスがフェルミオン化を引き起こす量子ゼノー状態における系の有効記述を導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い二体消失は、一次元ボーズガスのダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ2 系が閉じ込められていない場合、集団枯渇はどのように変化するか？
• RQ3 調和的閉じ込めは、系の崩壊ダイナミクスをどのように変えるか？
• RQ4 量子ゼノー状態において、系は簡略化されたレート方程式フレームワークで記述可能か？
• RQ5 閉じ込めがない状況で、系は古典的振る舞いを示すか？

主な発見

• 閉じ込めがない状況では、損失誘発ダイナミクスにより集団が異常に枯渇する。
• 閉じ込めがないにもかかわらず、系は量子多体系であるにもかかわらず低温古典ガスのようになる。
• 調和的閉じ込めがあると、自由空間と比較して集団の枯渇プロセスが加速する。
• 閉じ込めにより、自由系に存在しない新しい崩壊状態が導入される。
• 量子ゼノー状態における散逸的ダイナミクスは、ボーズ粒子の有効フェルミオン化を引き起こす。
• レート方程式およびボルツマンに類似した記述は、系の時間発展を正確かつ一般化可能に記述するフレームワークを提供する。