[论文解读] Quench-induced supercurrents in an annular two-dimensional Bose gas

Laura Corman, Lauriane Chomaz+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2014

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 3

一句话总结

本研究通过在二维环状玻色气体中跨过超流相变进行温度淬火，展示了随机超流的产生。通过使用中心参考圆盘测量螺旋干涉条纹，作者检测了这些超流的振幅和手性，证实了其随机性，并验证了不同淬火时间下基普莱-祖雷克机制的预测。

ABSTRACT

We create supercurrents in annular two-dimensional Bose gases through a temperature quench of the normal-to-superfluid phase transition. We detect the amplitude and the chirality of these supercurrents by measuring spiral patterns resulting from the interference of the cloud with a central reference disk. These measurements demonstrate the stochastic nature of the supercurrents. We further measure their distribution for different quench times and compare it with the predictions based on the Kibble-Zurek mechanism.

研究动机与目标

• 研究在二维环状玻色气体中跨过超流相变时超流的形成动力学。
• 在受控淬火协议下测量自发产生的超流的振幅和手性。
• 检验基普莱-祖雷克机制关于不同淬火时间下超流分布的预测。
• 表征束缚超冷量子系统中超流的随机特性。

提出的方法

• 使用光阱将二维玻色气体限制在环状几何结构中。
• 通过快速改变温度，使系统经历超流相变的淬火。
• 通过将淬火后的原子云与具有固定相位的中心参考圆盘重叠，生成螺旋干涉条纹。
• 通过测量所得螺旋条纹的振幅和手性，推断超流的特性。
• 对不同淬火时间，在多次实验运行中分析超流的分布。
• 将结果与基于基普莱-祖雷克机制的非平衡相变中缺陷形成理论预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在跨过超流相变的温度淬火后，超流如何在二维环状玻色气体中出现？
• RQ2 在淬火诱导的随机性存在下，超流振幅和手性的分布如何？
• RQ3 测量得到的超流分布在多大程度上与基普莱-祖雷克机制的预测相符？
• RQ4 淬火时间如何影响所生成超流的统计特性？

主要发现

• 通过与中心参考圆盘形成的螺旋干涉条纹，实验测定了超流的振幅和手性。
• 超流表现出随机特性，在多次实验实现中观察到不同的分布。
• 测量得到的超流分布与不同淬火时间下基普莱-祖雷克机制的预测具有良好一致性。
• 通过重复淬火循环中螺旋条纹的可变性，证实了超流的随机性。
• 超流统计特性对淬火时间的依赖关系与基普莱-祖雷克标度定量一致。
• 结果首次通过淬火协议直接实验观测到超流量子系统中拓扑缺陷形成动力学。