[论文解读] 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 2

一句话总结

本文研究了在一维玻色气体中强双体损耗下的耗散动力学，表明在量子芝诺效应区域，系统发生费米子化，并可用速率方程准确描述。在谐振子势阱中，气体表现出加速衰减和一种新型衰减区域；而在自由空间中，其发生异常耗尽，行为类似于低温经典气体。

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.

研究动机与目标

• 理解在一维玻色气体受到强双体损耗时的动力学行为。
• 研究系统在耗散性量子芝诺效应区域中的行为。
• 通过局域密度近似，将描述推广至包含外势场的系统。
• 分析谐振子势阱对衰减动力学和粒子数耗尽的影响。
• 探索在无外势约束下系统中经典行为的出现。

提出的方法

• 使用一组速率方程对强双体损耗下的耗散动力学进行建模。
• 应用局域密度近似，将描述扩展至具有外势场的系统。
• 使用类似玻尔兹曼的动力学方程，以捕捉系统粒子数的演化。
• 在无外势约束下分析系统，以研究其异常耗尽行为。
• 引入谐振子势阱，以研究其对衰减速率及新衰减区域出现的影响。
• 推导在量子芝诺效应区域中系统的有效描述，其中损耗诱导的动力学导致费米子化。

实验结果

研究问题

• RQ1 强双体损耗如何影响一维玻色气体的动力学？
• RQ2 当系统未被约束时，粒子数耗尽会发生什么变化？
• RQ3 谐振子势阱如何改变系统的衰减动力学？
• RQ4 在量子芝诺效应区域，系统是否能用简化的速率方程框架描述？
• RQ5 在无外势约束下，系统是否表现出类似经典的行为？

主要发现

• 在无外势约束下，由于损耗诱导的动力学，粒子数以异常方式耗尽。
• 尽管是量子多体系统，当未被约束时，系统的行为类似于低温经典气体。
• 与自由空间情况相比，谐振子势阱加速了去占据过程。
• 该势阱引入了一种在自由系统中不存在的新衰减区域。
• 在量子芝诺效应区域，耗散动力学导致玻色子的有效费米子化。
• 速率方程和类似玻尔兹曼的描述为系统演化提供了准确且可推广的框架。