研究方向

在过去的十年中，超冷原子和分子物理是一个快速发展的研究领域。 用激光冷却原子赢得了 1997 年的诺贝尔奖。随之而来的，玻色 - 爱因斯坦凝聚 (BEC) 的实验实现又赢得了 2001 年的诺贝尔奖。在这个领域中实验发展十分迅速，这提供给理论工作者一个极好的机遇。并且，在这个领域还存在着富有挑战性的问题： Bardeen-Cooper-Schrieffer （ BCS ）状态到 BEC 状态的转变问题。这个问题的解决直接涉及到一个基本问题——高温超导的理解。与此同时，超冷原子的在量子信息中的应用也是一个十分活跃的领域。由于冷原子具有很好的相干性，它将是一个很好的量子信息的载体。超冷原子与分子系统有许多重要的前沿研究课题，我们在近期将主要关注以下几个方面的问题：

1、玻色 - 费米混合体系的性质

目前有三个国际知名的实验小组成功地实现了冷玻色子和冷费米子的混合。由于玻色子和费米子满足不同的统计，他们的混合具有十分有趣的现象——相互作用造成的相分离或塌缩。目前关于玻色 - 费米混合体系的性质理论还不完善，急需相应的理论研究。

2、在光学晶格中的冷原子动力学

目前五个国际知名的实验小组成功地实现了将冷原子捕获光学晶格中。这个周期性结构的外势正是固体结构本身具有的性质。所以它的实现为人们打开了探索凝聚态物理体系中的量子相变的可能。它的热力学性质，激发态性质都迫切需要理论研究的。

3、BCS-BEC crossover 问题研究

目前在冷原子物理中十分活跃的研究领域是 BCS-BEC crossover 问题研究。这方面的研究使我们可以期望解释高温超导，⁴He 超流，中子星等基本的物理问题。

目前有六个国际知名小组研究 BCS-BEC crossover 这个热点问题。他们研究了该体系的热力学性质，低能集体激发 及 vortex等问题。而相应的BCS-BEC crossover的理论研究主要集中在零温体系的性质, 对有限温度问题仅是定性正确的。也就是说目前一直没有一个很好的定性理论在BCS-BEC crossover。而对一切温度都试用一个定量的理论正是目前该领域发展迫切需要的.

4、Spinor BEC 的动力学行为

通常，用于限制凝聚体的是磁势阱，但由于在磁势阱中存在原子的自旋劈裂现象导致非捕陷的原子内部能态存在，被捕陷的原子自旋方向不能作为一个自由度，因此凝聚体应通过一个标量形式描述。由于最近实现了光势阱 , 捕获原子不依赖于它的自旋方向，因而凝聚体具有矢量性质。光势阱的出现使得人们可以研究旋量（Spinor）BEC。人们理论预言了这类新的量子流体中自旋织构的存在、自旋波等新现象，由此相应旋量BEC的结构、集体激发、不同组份间的相互转换、自旋和自旋间的相互作用以及在旋量BEC中涡旋态的研究就成为BEC研究中的一个热点。

5、冷原子的纠缠和退相干问题

由于冷原子是一个很方便的原子源，初始状态可以很好地近似为一个纯态并具有很好的相干性，同时也因为光 很难用于具有局域特征的量子信息存储，而作为实物粒子的 冷原子 有可能胜任量子存储这个任务。 最近，人们开始把它应用到量子信息和量子计算方面，其中 如何解决量子退相干是一个较基本的物理问题。

总的来说，超冷原子和分子物理是一个具有蓬勃生长力的领域。 我们这个小组还与澳大利亚昆士兰大学 Drummond 教授领导的量子原子光学中心， 意大利比萨高师的 Tosi 教授领导的 BEC 小组， 以及欧洲非线性光谱实验室的 Modugno 教授存在一些国际合作。十分欢迎硕士和博士研究生 , 和博士后加盟这个小组。