本書的內(nèi)容摘要如下。在前兩章，作者回顧了近代冷原子物理的發(fā)展歷程，并綜合國內(nèi)外冷原子教材與綜述文章，簡明扼要地總結(jié)了冷原子領域的常用基礎知識。在第三至七章，作者總結(jié)性的講解了一、二維量子氣體的基礎理論知識體系與常用模型，并介紹了一些當代前沿科研的熱點方向，如量子拓撲、多體局域化、量子渦旋等。在第八章，作者討論了冷原子系統(tǒng)如何為量子信息、精密測量等當代的熱點前沿應用研究提供重要支持。本書作者結(jié)合自己科研成果，通過對國內(nèi)外代表性參考書與綜述性文章的總結(jié)，及與多位有合作關系的國際知名教授的深入探討，提煉出冷原子與低維量子氣體前沿內(nèi)容的核心知識點，并深入淺出地呈現(xiàn)給讀者，便于其快速入門與信息查找。
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目錄
序言
前言
第一章 近代冷原子物理發(fā)展回顧 1
1.1 20 世紀末：冷卻與陷俘技術(shù)的發(fā)展 2
1.2 世紀跨越之間：量子簡并氣體與光晶格 3
1.3 21 世紀：百家爭鳴 6
第二章 冷原子與量子模擬 11
2.1 量子玻色氣體與玻色–愛因斯坦凝聚 11
2.1.1 理想玻色氣體 11
2.1.2 BEC 的制備 14
2.2 相互作用下的量子玻色氣體 20
2.2.1 平衡態(tài)的 Gross-Pitaevskii 方程與托馬斯–費米近似 20
2.2.2 非平衡態(tài)的 Gross-Pitaevskii 方程與流體動力學 23
2.2.3 均勻玻色氣體的 Bogoliubov 激發(fā)能譜 25
2.3 光晶格中的玻色氣體 29
2.3.1 光晶格的構(gòu)造及其哈密頓量 30
2.3.2 光晶格中的能帶理論 31
2.3.3 緊束縛近似：玻色–哈伯德模型 33
2.4 量子費米氣體 36
2.4.1 簡并費米氣體與索末菲近似 36
2.4.2 費米壓與密度分布 39
2.4.3 費米–哈伯德模型 41
第三章 一維玻色量子氣體理論 45
3.1 一維玻色量子氣體簡介 45
3.1.1 一維玻色量子氣體的特殊性 45
3.1.2 一維玻色量子氣體的制備方法 47
3.2 連續(xù)系統(tǒng)中的一維玻色氣體 48
3.2.1 Lieb-Liniger 模型與短程相互作用 49
3.2.2 零溫度下的一維玻色子與 Bethe 擬設 50
3.2.3 有限溫度下的一維玻色子與楊–楊熱動力學 56
3.2.4 一維玻色子的場算符描述：Tomonaga-Luttinger 理論 61
3.3 光晶格中的一維玻色氣體 64
3.3.1 深晶格中的一維玻色氣體: Bose-Hubbard 模型 64
3.3.2 淺晶格中的一維玻色氣體: Sine-Gordon 模型 66
3.3.3 任意深度晶格的普適性算法：量子蒙特卡羅法 69
第四章 一維玻色量子氣體應用 73
4.1 理想氣體的一維無序問題：安德森局域化 73
4.1.1 局域化問題的基本概念 73
4.1.2 單原子準周期模型 1：緊束縛近似下的 Aubry-André 模型 77
4.1.3 單原子準周期模型 2：淺晶格下的連續(xù)模型 79
4.2 相互作用氣體的一維無序問題：多體局域化與玻色玻璃態(tài) 81
4.2.1 隨機勢中的玻色玻璃態(tài) 81
4.2.2 Aubry-André 模型中的玻色玻璃態(tài) 84
4.2.3 淺準周期晶格中的玻色玻璃態(tài) 91
4.3 含雜質(zhì)的一維玻色量子氣 93
4.3.1 制備雜質(zhì)的方法 94
4.3.2 雜質(zhì)在一維連續(xù)量子氣體中的布洛赫振蕩 96
4.4 耦合一維系統(tǒng) 102
4.4.1 維度跨越系統(tǒng) 102
4.4.2 約瑟夫森耦合 BEC 106
4.4.3 量子爬梯 109
第五章 二維玻色量子氣體理論 112
5.1 二維相互作用玻色氣體的散射問題 112
5.1.1 橫向自由度的消除 113
5.1.2 準二維與純二維 114
5.2 二維氣體與 BKT 相變 116
5.2.1 均勻系統(tǒng)中的二維超流體：BKT 相變 116
5.2.2 簡諧阱中相互作用的二維氣體：BEC 與 BKT 119
5.3 準二維氣體與冷原子實驗 121
5.3.1 光阱中的準二維氣體 122
5.3.2 磁阱中的準二維氣體 126
第六章 二維旋轉(zhuǎn)的超流體與量子渦旋 130
6.1 超流體與環(huán)流量 131
6.1.1 超流體的環(huán)流量 131
6.1.2 單環(huán)流量的超流體 133
6.1.3 多環(huán)流量的超流體 134
6.2 高速旋轉(zhuǎn)超流體的研究意義 136
6.2.1 模擬在磁場中的電子的行為 136
6.2.2 最低朗道能級 137
6.2.3 巨渦旋 142
6.3 旋轉(zhuǎn)超流體的相關實驗 144
6.3.1 旋轉(zhuǎn)超流體：從渦旋陣到最低朗道能級 144
6.3.2 超快旋轉(zhuǎn)超流體：走向巨渦旋 150
6.4 環(huán)形超流體的旋轉(zhuǎn) 154
6.4.1 單原子模型 155
6.4.2 實驗上的制備與探測 158
6.4.3 相位突變與穩(wěn)恒粒子流 162
第七章 低維量子氣體與拓撲 166
7.1 背景介紹 166
7.1.1 為什么要研究拓撲 166
7.1.2 冷原子中的拓撲研究現(xiàn)狀 169
7.2 基本概念 171
7.2.1 幾何相位 171
7.2.2 Berry 相位 173
7.2.3 陳數(shù) 180
7.2.4 在能帶理論中的應用：Zak 相位 181
7.3 Harper-Hofstadter 模型及常見實驗方案 183
7.3.1 Peierls 替換 183
7.3.2 周期性邊界條件：拓撲能帶 185
7.3.3 開邊界條件：邊界態(tài) 191
7.3.4 實驗方案之弗洛凱工程設計 192
第八章 冷原子與前沿應用 200
8.1 冷原子與精密測量 200
8.1.1 原子鐘 200
8.1.2 原子干涉儀原理 203
8.1.3 原子干涉儀的應用 208
8.1.4 原子干涉儀的重要意義 213
8.2 冷原子與量子信息：以里德伯原子為例 217
8.2.1 里德伯原子的基礎知識 217
8.2.2 里德伯原子與光鑷 219
8.2.3 里德伯原子中的量子比特與邏輯門 223
參考文獻 228
《21 世紀理論物理及其交叉學科前沿叢書》已出版書目 243
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