冷原子物理
课程编码：180081070203P3001H
英文名称：Physics of Ultracold Atomic Gases
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：周端陆等
教学目的要求
本课程为物理学一级学科及相关专业研究生的专业课，主要介绍与冷原子物理相关的理论、实验和应用。教学目的是使物理类专业及相关交叉学科的研究生掌握冷原子物理研究的基础，了解冷原子物理研究的前沿和应用。学习如何利用原子和光物理、量子力学和统计物理等基础知识解决科研工作中的一些实际问题。
预修课程
量子力学
大纲内容
第一章 原子冷却和囚禁的理论 6学时 周端陆
第1节 冷原子物理概述
第2节 单个原子的物理性质
第3节 激光冷却原子
第4节 中性原子的囚禁
第二章 低温下的两体相互作用及其控制 3学时 周端陆
第1节 两个中性原子的散射
第2节 Feshbach 共振：原子间相互作用的控制
第三章 空间均匀稀薄玻色气体的量子理论 3学时 周端陆
第1节 理想玻色气体的爱因斯坦理论
第2节 均匀稀薄玻色气体的量子理论
第四章 囚禁稀薄玻色气体的量子理论 3学时 周端陆
第1节 Gross-Pitaevskii 方程：平均场方法
第2节 低能激发满足的方程
第五章 Fermi型原子的从 BCS 到 BEC 的过渡 3学时 周端陆
第1节 两组分Fermi型原子的库珀对
第2节 BCS-BEC 过渡的基本方程
第3节 BCS 和 BEC 极限
第六章 两分量 Fermi 型原子能量的檀关系 3学时 周端陆
第1节 广义函数 Λ(k)
第2节 两个费米原子的能量本征问题
第3节 广义函数对和空间选择子
第4节 多费米子系统的能量定理
第七章 旋量玻色爱因斯坦凝聚 4学时 周端陆
第1节 光囚禁和旋量玻色爱因斯坦凝聚
第2节 旋量玻色爱因斯坦凝聚的哈密顿量
第3节 自旋1的玻色爱因斯坦凝聚的平均场理论
第4节 自旋1的BEC单模近似下的多体态理论
第八章 光晶格中的冷原子物理 3学时 周端陆
第1节 Bose-Hubbard 模型的实现
第2节 超流-Mott绝缘体相变
第3节 超固态
第九章 激光冷却和玻色-爱因斯坦凝聚的实现 5学时 左战春
第1节 激光器和激光稳频
第2节 激光冷却
第3节 玻色-爱因斯坦凝聚的实现
第十章 冷原子的应用 7学时 左战春
第1节 原子喷泉钟
第2节 原子干涉仪
第3节 原子磁强计
第4节 基于冷原子的量子调控、量子仿真和量子计算
参考书
1、
Bose-Einstein condensation in Dilute Gases (second edition)
C. J. Pethick and H. Smith
2008
Cambridge University Press
2、
Bose-Einstein condensation and superfluidity
Lev Pitaevskii and Sandro Stringari
2016
Oxford University Press
3、
Fundamentals and new frontiers of Bose-Einstein condensation
Masahito Ueda
2010
World
Scientific Publishing Company
4、
Advances in atomic physics
Claude Cohen-Tannoudji and David Guery-Odelin
2011
Worlf
Scientific Publishing Company
课程教师信息
周端陆，1995年于北京师范大学物理系获学士学位，1998年于北京师范大学物理系获硕士学位，2001年于中国科学院理论物理所获博士学位。2001年至2003年在清华大学高等研究中心，2003年至2004年在中科院理论物理所，2004年至2006年在乔治亚理工大学物理系从事博士后研究工作。 2006年8月加入中国科学院物理研究所。现为中国科学院物理所研究员，博士生导师。共发表SCI论文68篇。主要研究了基于测量的普适量子计算方案，多体量子纠缠的刻画及其在多体物理中的应用，以及固体和光学体系中奇特的量子相干效应。
左战春，女，中国科学院物理研究所副研究员。2006年博士毕业于中国科学院物理研究所，读博期间，主要做热原子四波频混和电磁感应透明方面的研究，提出了多波混频光谱学。2006年-2008年赴法国光学所做博士后，合作导师著名的原子物理学家2022年诺贝尔物理学奖得主Alain Aspect教授，从事BEC中光导原子激光和Anderson localization的研究。2008年-2011年赴日本电气通信大学，合作导师中川贤一教授，从事单冷原子阱和光晶格的研究，期间获得JSPS博士后奖学金项目。在国内外学术刊物发表论文30余篇。目前研究方向：原子与激光相互作用，冷原子，非线性光学和量子点与微腔相互作用等。