【文章內(nèi)容簡介】 . A 74, 055601 (2006)。另一方面，物理所在搭建冷原子實驗平臺時北京大學(xué)也提供了很有益處的實驗技術(shù)支持。 （5）研究的物理問題新穎、迫切，而且近期有可能取得突破。項目組成員充分調(diào)研了本學(xué)科的國際研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，結(jié)合國家發(fā)展的戰(zhàn)略需要，以及自己的特色和長處，并考慮到近期完成的可能性，精心制定了研究問題。新奇量子態(tài)如玻色量子霍爾態(tài)，多組份費米子的配對態(tài)等都是量子多體理論中非常關(guān)心的科學(xué)問題，在凝聚態(tài)物理中缺少充分有效的研究手段，冷原子系統(tǒng)由于參數(shù)可調(diào)等眾多優(yōu)點，提供了一個很好的模擬平臺。超冷極性分子的制備和物性研究在國際上尚處于起步階段，我們希望結(jié)合我們的長處，在這方面作出國際領(lǐng)先的工作。 （6）研究方案具體，切實可行。本項目組成員多年來一直研究冷原子系統(tǒng)，玻色—愛因斯坦凝聚以及原子和光的相互作用等，有豐富的研究經(jīng)驗。研究路線經(jīng)過項目組成員和部分研究專家的集中討論，仔細規(guī)劃。我們充分認識到了在本項目執(zhí)行時會遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題，制定了相應(yīng)的解決方案，包括真空系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)，甚至激光的具體參數(shù)。 有先進的冷原子分子實驗平臺，新的調(diào)控手段，理論和實驗的緊密結(jié)合與相互促進，我們一定會在超冷原子、分子的新奇量子態(tài)和量子仿真研究方面取得突破性進展，推動我國冷原子物理的發(fā)展。課題設(shè)置 本項目由中國科學(xué)院物理研究所、中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所、中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、北京大學(xué)、清華大學(xué)和北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所共同承擔(dān)。本項目的核心科學(xué)問題是，在超冷原子、分子以及玻色愛因斯坦凝聚體的實驗平臺上，發(fā)現(xiàn)具有不同幾何結(jié)構(gòu)、維度、組份、相互作用、自旋等參數(shù)的超冷原子、分子系統(tǒng)中的新奇量子態(tài)和奇異物性，研究外場與超冷原子、分子體系的相互作用以及對量子態(tài)的調(diào)控機理，發(fā)展新的檢測、表征和調(diào)控技術(shù)，攻克超冷原子、分子系統(tǒng)量子仿真及其新型量子器件中的重大科學(xué)與技術(shù)問題，為冷原子、分子物理的量子調(diào)控奠定基本原理和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。本項目分為如下四個課題：課題1: 光晶格中超冷原子的關(guān)聯(lián)效應(yīng)與量子相變研究； 承擔(dān)任務(wù)：1. 光晶格超冷原子人造凝聚態(tài)系統(tǒng)實驗平臺；2. 光晶格中超冷原子關(guān)聯(lián)特性探測的新方法；3．光晶格中超輻射與量子相變的測量；4．光晶格中超冷原子鐘躍遷頻率的精密測量經(jīng)費比例： 24% 承擔(dān)單位： 北京大學(xué)、清華大學(xué) 課題負責(zé)人： 陳徐宗 學(xué)術(shù)骨干： 李家明、王義遒、劉新元、周小計課題2: 簡并氣體的量子磁性和無序性質(zhì)研究； 承擔(dān)任務(wù)：（1）建立低維超冷原子實驗平臺。利用我們現(xiàn)有BEC裝置在光學(xué)調(diào)控自由度方面的優(yōu)勢，建立國際一流的低維可調(diào)控量子多體系統(tǒng)實驗平臺。（2）發(fā)展超高空間分辨率的原位測量技術(shù)，建立分辨率達到微米量級的光學(xué)吸收成像系統(tǒng)，用于直接觀測低維量子簡并系統(tǒng)的密度分布及其漲落。（3）通過調(diào)控實驗參數(shù)，實現(xiàn)物理系統(tǒng)的維度渡越，揭示量子磁性系統(tǒng)有序無序轉(zhuǎn)變過程，以及元激發(fā)的演化過程。通過觀測超冷原子鐵磁系統(tǒng)中磁疇的演化，以及渦旋等拓撲元激發(fā)的特性，揭示無窮階相變的序參量和標(biāo)度行為。（4）利用無序勢，實現(xiàn)Anderson局域化，進一步揭示相互作用對Anderson局域化的影響；調(diào)控延展態(tài)和局域態(tài)，模擬無序自旋系統(tǒng)，實現(xiàn)自旋玻璃態(tài)。經(jīng)費比例： 30% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院物理研究所、清華大學(xué) 課題負責(zé)人： 劉伍明 學(xué)術(shù)骨干： 李師群、翟薈、王如泉、汪漢廷課題3: 人造規(guī)范勢中簡并原子氣體的拓撲性質(zhì)研究； 承擔(dān)任務(wù)：1. 玻色銣原子簡并氣體和費米鐿原子簡并氣體的人造規(guī)范勢；2. 量子渦旋的形成與探測；3．費米鐿原子簡并氣體實驗；4．高強度有效磁場的制備。經(jīng)費比例： 22% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所 課題負責(zé)人： 呂寶龍 學(xué)術(shù)骨干： 劉杰、熊宏偉、傅立斌、余永樂課題4: 超冷極性分子氣體的制備及其物性研究。承擔(dān)任務(wù)：（1）Rb、Yb原子的共同冷卻、俘獲 和混合的實驗方法；（2）Rb、Yb原子的超冷碰撞參數(shù)測 量，RbYb分子形成和進一步冷卻 的實驗方法；（3）Li、Cs原子的共同冷卻、俘獲 和混合及LiCs分子形成的實驗方法；（4）超冷極性分子的長程 相互作用的調(diào)控手段。 經(jīng)費比例： 24% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所 課題負責(zé)人： 洪濤 學(xué)術(shù)骨干： 王育竹、馬兆遠、周蜀渝、徐震各課題間相互關(guān)系 這4個課題相互聯(lián)系，各有側(cè)重。課題1著重發(fā)展光晶格調(diào)控手段和超輻射探測技術(shù)，側(cè)重研究量子氣體的關(guān)聯(lián)效應(yīng)和相變特性。課題2利用光晶格的技術(shù)，同時發(fā)展高分辨率的原位測量技術(shù)，側(cè)重研究低維系統(tǒng)中超冷原子、分子的磁性和無序效應(yīng)。課題1和2在發(fā)展光晶格調(diào)控手段上技術(shù)共享。課題3則通過產(chǎn)生人造規(guī)范場這一全新的調(diào)控手段，研究簡并原子氣體的拓撲量子態(tài)等新奇物性。對這些拓撲態(tài)的探測會充分利用課題1和2發(fā)展的超輻射和原位測量技術(shù)。另一方面，當(dāng)人造規(guī)范場這一調(diào)控手段發(fā)展成熟以后，可以進一步和課題1，2發(fā)展的光晶格結(jié)合起來，開辟冷原子物理研究的新方向。課題4側(cè)重于通過簡并量子混合氣體的制備，產(chǎn)生超冷極性分子。這一研究將發(fā)展光締合等新的調(diào)控技術(shù)，其前期的簡并混合氣體制備環(huán)節(jié)會和課題1—3有大量技術(shù)交流?？偠灾?，課題14將實現(xiàn)先進的實驗技術(shù)、方法、成果的資源共享和相互補充，通過理論和實驗的密切合作，從不同的角度研究超冷原子、分子中的新奇量子態(tài)。本項目的課題設(shè)臵思路如圖2表示：圖2. 本項目的課題設(shè)臵思路和各課題相互關(guān)系示意圖四、年度計劃年度研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年（1）將超冷Rb原子簡并氣體裝載到光學(xué)晶格中，發(fā)展新的方法對其進行量子調(diào)控，主要包括：利用激光把原子束縛在光格子周期勢阱的谷底從而加強原子間的局域相互作用，把冷原子系統(tǒng)限制在一維、二維或三維空間中，研究不同維度下量子特性的變化；調(diào)節(jié)不同的激光波長，研究晶格參數(shù)對量子態(tài)的影響。改造已有銣原子BEC實驗平臺，實驗研究BEC在無序光晶格中的輸運性質(zhì)。升級現(xiàn)有Rb原子BEC裝置，利用轉(zhuǎn)移線圈將BEC的中心轉(zhuǎn)移到距離磁光阱中心5厘米的下方。購置或自制實現(xiàn)人造規(guī)范勢相關(guān)的激光器、光學(xué)器件與電子儀器等。 （2）改進鐿原子冷卻真空裝臵。研究鐿原子各種玻色和費米同位素的亞多普勒冷卻技術(shù)。研究銣原子BEC到1064nm遠失諧光阱(FORT)的裝載過程以及冷原子云在FORT中的蒸發(fā)冷卻技術(shù)。 （3）設(shè)計銣鐿混合的真空系統(tǒng)，訂購所需的真空、光學(xué)等元件。 （4）理論研究周期性人造規(guī)范勢的新方案。研究產(chǎn)生人造規(guī)范勢的實驗細節(jié)方案，包括光學(xué)系統(tǒng)和電子系統(tǒng)等。（5）本項目首席科學(xué)家劉伍明作為冷原子與玻色－愛因斯坦凝聚的國際知名專家負責(zé)籌辦第26屆低溫物理國際會議(The 26th International Conference on Low Temperature Physics)的第一分會—量子氣體、流體和固體（Quantum Gases, Fluids and Solids）。低溫物理國際會議是包括原子及分子物理的一個重要的學(xué)術(shù)會議。冷原子和量子仿真的此次會議的核心內(nèi)容。我們通過前一期的973項目的資助，已經(jīng)做出在國際上有影響的原創(chuàng)性工作，培養(yǎng)一批具有國際競爭力的創(chuàng)新人才，提升我國冷原子、分子物理的整體水平并使之步入國際先進行列。但是為了保持我國在未來國際高新科學(xué)技術(shù)的激烈競爭中贏得一席之地，我們需要與國際的同行保持高效的溝通。通過籌備這次會議，我們將在擴大本項目成果的知名度的同時，與國際同行進行更深入的交流和合作。（1）通過控制冷原子系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)、維度、組份等實驗參數(shù)，調(diào)控超冷原子量子多體系統(tǒng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)、動力學(xué)特性和非平衡態(tài)過程的新方法。實驗上使裝置在10個方向都可以安排調(diào)控激光光束。完成相關(guān)光學(xué)和電子儀器的購置。（2）提高MOT腔真空度，使其優(yōu)于108Pa。掌握鐿原子亞多普勒冷卻技術(shù)，原子云溫度低于100μK；掌握FORT中銣原子BEC的裝載和光阱中的蒸發(fā)冷卻技術(shù)。 （3）實現(xiàn)磁光混合型的BEC產(chǎn)生裝置。 （4）掌握人造規(guī)范勢中BEC動力學(xué)的數(shù)值計算方法。確定關(guān)于銣原子BEC的人造規(guī)范勢的具體實驗方案。（5）加強國際冷原子物理的交流和合作，擴大我們在本領(lǐng)域的研究成果的影響力。第二年（1）利用F