[论文解读] Coherent backscattering of a dilute Bose-Einstein condensate

G. Labeyrie, Tomasz Karpiuk+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2012

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 3

一句话总结

本研究调查了在准二维$^{87}$Rb原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）中，注入无序光斑势场时的相干后向散射。通过飞行时间测量和数值模拟，发现在$-v_0$处存在明显的密度峰，证实了相干物质波输运的存在；同时，还揭示了由于初始波包相关性引起的后向散射回声效应，径向积分明确地将相干峰分离出来，作为无序介质中相干散射的特征标志。

ABSTRACT

We study experimentally and numerically the quasi-bidimensional transport of a $^{87}$Rb Bose-Einstein condensate launched with a velocity $v_0$ inside a disordered optical potential (speckle). A time-of-flight analysis reveals a pronounced enhanced density peak in the direction $-v_0$. Numerical simulations indicate that in addition to the coherent effect, a backscattering echo effect is also present due to the high position-momentum correlations of the initial wave packet. A radial integration of the atomic distributions allows us to unambiguously observe the coherent peak, a direct signature of coherent transport of atomic matter waves in a scattering medium.

研究动机与目标

• 通过稀释玻色-爱因斯坦凝聚体研究无序介质中物质波的相干输运。
• 识别并分离出由初始波包相关性引起的额外回声效应与相干后向散射。
• 通过飞行时间成像和径向积分技术，实验观测并量化相干后向散射峰。

提出的方法

• 将$^{87}$Rb玻色-爱因斯坦凝聚体以确定的速度$v_0$注入由激光光斑图案形成的准二维无序光学势场中。
• 利用飞行时间展宽测量原子动量分布，揭示了指示相干散射的密度峰。
• 通过数值模拟凝聚体动力学，建模输运行为，并识别相干后向散射与回声效应的贡献。
• 对原子密度分布进行径向积分，以从背景和回声贡献中分离出相干后向散射峰。

实验结果

研究问题

• RQ1 在通过无序光学势场传播的稀释玻色-爱因斯坦凝聚体中，是否会出现相干后向散射？
• RQ2 初始波包中的位置-动量相关性在多大程度上导致了后向散射回声效应？
• RQ3 在存在此类回声效应的情况下，是否能通过原子分布的径向积分明确识别出相干后向散射峰？

主要发现

• 在飞行时间图像中，动量$-v_0$处观察到明显的密度峰，直接表明了物质波的相干后向散射。
• 数值模拟表明，初始波包的高位置-动量相关性产生了明显的后向散射回声效应，叠加在相干峰之上。
• 对原子分布进行径向积分成功地将相干后向散射峰分离出来，证实其作为相干输运的稳健特征。
• 实验数据与模拟结果的结合表明，系统中同时存在相干后向散射和回声效应，其中前者在动量分布中占主导地位。