冷原子物理怎麼樣？

01-08

本人物理專業准研究生一枚，想問一下冷原子物理特別是關於多體問題的理論研究方面前景怎樣，是否值得深入地研究（主要想了解下理論方面，特別是裡面的量子多體問題,比如BCS-BEC crossover和Feshbach 共振）

Thanks for the invitation.

Sorry for no chinese input on my Ubuntu system (My computer was down last week, and I am re-installing the system)

Something before answer the question: although you want to work in the theory, you should also know what happen in experiments, especially in cold atoms.

Considering the problem in theory, I don"t think there is any essential differences between cold atoms and condensed matter.

There are several interesting topics in cold atoms

(At least, they are some interests me a lot. Let me list the title first and I will come back to give more details.)

0) Cooling

Yes, cooling is still an essential problem in cold atoms.

People in this community are still working hard to cool the quantum gas to lower temperature.

1) higher dimensional synthetic matter

1a) spin as forth dimension

1b) simulating five dimensional matter (parameters in tuning laser)

Today(Oct 25, 2016), I realized that Ian Spielman eventually published his paper about 5D on Oct 19.

https://arxiv.org/abs/1610.06228

2) Non-equilibrium process

2a)quantum quench

2b)inflation

2c)quantum turbulence

2d)many body localization

3) Synthetic Topological matter

Related to SOC. More, in SOC, people propose different kinds of (pseudo)spins.

4) Rapid Rotating Gas (Quantum Hall)

占坑有時間回答

---淺更新一下，申請之前就回答到這裡了，申請之後有人關注再更新---

用冷原子研究多體問題主要是在於它低能，其表現在二體相互作用的散射分波一般只有s-wave，而且相互作用強弱可以用散射長度唯一描述。這種狀態下就可以用Feshbach共振來很好的調節相互作用了。08年Bloch的RMP可以作為了解體系的開始，主要的有Hubbard Physics（這種體系的on-site相互作用作為唯一的相互作用項實現起來很簡單），1D和bosonization（法國人Thierry Giamarchi有很多絕妙的idea在尋求冷原子體系的可行性），crossover問題（最近研究的少了，比較透徹了）。當然最近幾年又發展了許多新的內容。

理論上我覺得一個研究的點在於many-body localization，15年Bloch實驗做出了這個體系，但是還有很多tricky的事情沒有研究清楚。我覺得這部分和凝聚態強關聯問題交叉緊密，你可以多看看強關聯問題的書和文章。

冷原子實驗組，非常抱歉不能幫你太多，我們方向跟多體物理相關的是用光晶格里的單個原子來模擬多體物理中的一些模型，最近Science上出了兩篇文章http://science.sciencemag.org/content/early/2016/11/02/science.aah3752.abstract，http://science.sciencemag.org/content/early/2016/11/02/science.aah3778.abstract，毫無疑問當下最火的是拿超冷原子玻色氣體和費米氣體引入自旋軌道耦合來做topological的模擬，該方向上國內的實驗組挺強的http://www.nature.com/nphys/journal/v10/n4/full/nphys2905.html，http://www.nature.com/nphys/journal/v12/n6/abs/nphys3672.html，http://science.sciencemag.org/content/354/6308/83

量子氣體或超冷原子的量子場是當今物理領域中發展最快的領域。這個新領域的實驗分支使用原子、分子和光學物理學的技術來研究許多由極冷原子組成的人體系統。這些都是凝聚態的系統，它們的組成部分有很好的理解，微觀的相互作用。在足夠低的溫度下，大的德布羅格的原子波允許這些系統在宏觀尺度上展示量子現象。

這一領域的理論是完全跨學科的，它吸引了來自原子、凝聚物質、高能和核物理的頂級科學家，以及量子光學和量子信息。俄亥俄州立大學的冷原子物理組已經建立了這個領域的世界頂級理論團體之一。

用冷原子來做many body問題一般叫做quantum simulation

不管是實驗還是理論都挺火的 e.g. Immanuel Bloch"s group in MPQ

本人九月份剛入學，知識淺薄，嘗試回答一下。不過不知道你是做理論還是做實驗的。因為冷原子有易於操縱的特點，所以很自然的一個想法就是用冷原子系統來進行量子模擬。另外通過添加人工規範場，可以研究拓撲問題。另外實驗上，主要在冷原子實現費米氣體的自旋軌道耦合。目前實驗上，中科大陳帥組，山西大學張靖組都已經實現了費米氣體的SOC，另外，實驗上，清華的翟薈做理論也走在前沿。你可以先找篇modern physics的文章看看，這方面有很多