Critical numbers of attractive Bose-Einstein condensed atoms in asymmetric traps

A quantitative analysis of the critical number of attractive Bose-Einstein condensed atoms in asymmetric traps was studied. The Gross-Pitaevskii (GP) formalism for an atomic system with arbitrary nonspherically symmetric harmonic trap was also discussed. Characteristic limits were obtained for reductions from three to two and one dimensions from three to two and one dimensions, in perfect cylindrical symmetries as well as in deformed ones.

Array of Bose-Einstein condensates under time-periodic Feshbach-resonance management

The investigation of the dynamics of a discrete soliton in an array of Bose-Einstein condensates under the action of a periodically time-modulated atomic scattering length [Feshbach-resonance management (FRM)] was discussed. The slow and rapid modulations, in comparison with the tunneling frequency were considered. An averaged equation, which was a generalized discrete nonlinear Schrödinger equation, including higher-order effective nonlinearities and intersite nonlinear interactions was derived in the case of the rapid modulation. It was demonstrated that the modulations of sufficient strength results in splitting of the soliton by direct simulations.

Self-trapping of Fermi and Bose gases under spatially modulated repulsive nonlinearity and transverse confinement

We show that self-localized ground states can be created in the spin-balanced gas of fermions with repulsion between the spin components, whose strength grows from the center to periphery, in combination with the harmonic-oscillator (HO) trapping potential acting in one or two transverse directions. We also consider the ground state in the noninteracting Fermi gas under the action of the spatially growing tightness of the one- or two-dimensional (1D or 2D) HO confinement. These settings are considered in the framework of the Thomas-Fermi-von Weizsäcker (TF-vW) density functional. It is found that the vW correction to the simple TF approximation (the gradient term) is nearly negligible in all situations. The properties of the ground state under the action of the 2D and 1D HO confinement with the tightness growing in the transverse directions are investigated too for the Bose-Einstein condensate with the self-repulsive nonlinearity. © 2013 American Physical Society.

Stability of trapped degenerate dipolar Bose and Fermi gases

Trapped degenerate dipolar Bose and Fermi gases of the cylindrical symmetry with the polarization vector along the symmetry axis are only stable for the strength of dipolar interaction below a critical value. In the case of bosons, the stability of such a dipolar Bose-Einstein condensate (BEC) is investigated for different strengths of contact and dipolar interactions using a variational approximation and a numerical solution of a mean-field model. In the disc shape, with the polarization vector perpendicular to the plane of the disc, the atoms experience an overall dipolar repulsion and this fact should contribute to the stability. However, a complete numerical solution of the dynamics leads to the collapse of a strongly disc-shaped dipolar BEC due to the long-range anisotropic dipolar interaction. In the case of fermions, the stability of a trapped single-component degenerate dipolar Fermi gas is studied including the Hartree-Fock exchange and Brueckner-Goldstone correlation energies in the local-density approximation valid for a large number of atoms. Estimates for the maximum allowed number of polar Bose and Fermi molecules in the BEC and degenerate Fermi gas are given. © 2013 IOP Publishing Ltd.

Galilean DKP theory and Bose-Einstein condensation

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Mobile vector soliton in a spin-orbit coupled spin-1 condensate

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Bose-Einstein correlation measurements at CMS

Multidimensional and one-dimensional quantum-statistical (Bose-Einstein) correlations are measured in proton proton collisions at 0.9, 2.76 and 7 TeV, in proton lead collisions at 5.02 TeV/nucleon pair and peripheral lead lead collisions at 2.76 TeV/nucleon pair center-of-mass energy with the CMS detector at the LHC. The correlation functions are extracted in terms of different components of the relative momentum of the pair, in order to investigate the extension of the emission source in different directions. The results are presented for different intervals of transverse pair momentum, k(T), and charged particle multiplicity of the collision, N-tracks, as well as for their integrated values. Besides inclusive charged particles, charged pions and kaons, identified via their energy loss in the silicon tracker detector, can also be correlated. The extracted source radii increase with increasing multiplicity, and decrease with increasing k(T). The results open the possibility to study scaling and factorization properties of these radii as a function of multiplicity, k(T), colliding system size and center-of-mass energy.

Bose-Einstein Condensation of Magnons in NiCl2-4SC(NH2)(2)

A Bose-Einstein condensation (BEC) has been observed in magnetic insulators in the last decade. The condensed bosons are magnons associated with an ordered magnetic phase induced by a magnetic field. We review the experiments in the spin-gap compound NiCl2-4SC(NH2)(2), in which the formation of BEC occurs by applying a magnetic field at low temperatures. This is a contribution to the celebration of the 50th anniversary of the Solid State and Low Temperature Laboratory of the University of So Paulo, where this compound was first magnetically characterized.

Bose glass and Mott glass of quasiparticles in a doped quantum magnet

The low-temperature states of bosonic fluids exhibit fundamental quantum effects at the macroscopic scale: the best-known examples are Bose-Einstein condensation and superfluidity, which have been tested experimentally in a variety of different systems. When bosons interact, disorder can destroy condensation, leading to a 'Bose glass'. This phase has been very elusive in experiments owing to the absence of any broken symmetry and to the simultaneous absence of a finite energy gap in the spectrum. Here we report the observation of a Bose glass of field-induced magnetic quasiparticles in a doped quantum magnet (bromine-doped dichloro-tetrakis-thiourea-nickel, DTN). The physics of DTN in a magnetic field is equivalent to that of a lattice gas of bosons in the grand canonical ensemble; bromine doping introduces disorder into the hopping and interaction strength of the bosons, leading to their localization into a Bose glass down to zero field, where it becomes an incompressible Mott glass. The transition from the Bose glass (corresponding to a gapless spin liquid) to the Bose-Einstein condensate (corresponding to a magnetically ordered phase) is marked by a universal exponent that governs the scaling of the critical temperature with the applied field, in excellent agreement with theoretical predictions. Our study represents a quantitative experimental account of the universal features of disordered bosons in the grand canonical ensemble.

Condensazione di Bose-Einstein in trappole ottiche

Questo lavoro di tesi si occupa dello studio del fenomeno di condensazione di Bose-Einstein sia da un punto di vista teorico che, in maniera più accennata, da quello pratico-sperimentale; risulta pertanto strutturato in due parti. La prima è incentrata sull'analisi prettamente teorico-matematica dell'argomento, e si apre con l'introduzione dell'opportuno apparato formale atto alla trattazione della statistica quantistica; a tal proposito vengono definiti gli operatori di densità. Quindi viene affrontato il problema dell'indistinguibilità degli enti quantistici e del conseguente carattere di simmetria delle funzioni d'onda, individuando così la differenza tra particelle fermioniche e bosoniche. Di queste ultime vengono largamente studiate la statistica cui essere rispondono e le loro principali caratteristiche termodinamiche. Infine, viene analizzato il caso specifico del gas ideale di Bose, trattato nei limiti del continuo e termodinamico; è nel corso di questa trattazione che emerge il fenomeno di transizione chiamato condensazione di Bose-Einstein, di cui vengono ampiamente studiate le proprietà. La seconda parte, invece, è volta all'analisi delle tecniche sperimentali utilizzate per la realizzazione della condensazione, in particolare le trappole ottiche di dipolo; dopo averne studiato le caratteristiche, vengono illustrate alcune tecniche di raffreddamento di atomi intrappolati. Il lavoro si conclude con la trattazione delle principali tecniche diagnostiche e di riconoscimento del condensato.

Estabilidade de vórtices em condensados de Bose-Einstein

Neste trabalho de mestrado é estudada a estabilidade de vórtices em condensados de Bose-Einstein com interação atrativa entre os átomos através da solução numérica da equação de Gross-Pitaevskii. Inicialmente são reproduzidos resultados da literatura, nos quais são estudados vórtices em condensados bidimensionais atrativos com potencial interatômico homogêneo em todo o condensado. A estabilidade de tais sistemas é inferida através da solução numérica das equações de Bogoliubov-de Gennes e da evolução temporal dos vórtices. Demonstra-se que esses vórtices são estáveis, até um certo número crítico de átomos, apenas para valores de vorticidade S=1. Em seguida foi proposto um modelo no qual a interação entre os átomos é espacialmente modulada. Neste caso é possível demonstrar que vórtices com valores de vorticidade de até S=6, pelo menos, são estáveis. Finalmente é estudada a estabilidade de vórtices em condensados tridimensionais atrativos, novamente com potencial interatômico homogêneo em todo o condensado. Assim como no caso bidimensional mostra-se que tais vórtices são estáveis para valores de vorticidade de S=1. Espera-se em breve estudar a estabilidade de vórtices em condesados tridimensionais com potencial de interação espacialmente modulado.

Condensados de Bose-Einstein em redes óticas: a transição superfluido-isolante de Mott em redes hexagonais e a classe de universalidade superfluido-vidro de Bose em 3D

Estudamos transições de fases quânticas em gases bosônicos ultrafrios aprisionados em redes óticas. A física desses sistemas é capturada por um modelo do tipo Bose-Hubbard que, no caso de um sistema sem desordem, em que os átomos têm interação de curto alcance e o tunelamento é apenas entre sítios primeiros vizinhos, prevê a transição de fases quântica superfluido-isolante de Mott (SF-MI) quando a profundidade do potencial da rede ótica é variado. Num primeiro estudo, verificamos como o diagrama de fases dessa transição muda quando passamos de uma rede quadrada para uma hexagonal. Num segundo, investigamos como a desordem modifica essa transição. No estudo com rede hexagonal, apresentamos o diagrama de fases da transição SF-MI e uma estimativa para o ponto crítico do primeiro lobo de Mott. Esses resultados foram obtidos usando o algoritmo de Monte Carlo quântico denominado Worm. Comparamos nossos resultados com os obtidos a partir de uma aproximação de campo médio e com os de um sistema com uma rede ótica quadrada. Ao introduzir desordem no sistema, uma nova fase emerge no diagrama de fases do estado fundamental intermediando a fase superfluida e a isolante de Mott. Essa nova fase é conhecida como vidro de Bose (BG) e a transição de fases quântica SF-BG que ocorre nesse sistema gerou muitas controvérsias desde seus primeiros estudos iniciados no fim dos anos 80. Apesar dos avanços em direção ao entendimento completo desta transição, a caracterização básica das suas propriedades críticas ainda é debatida. O que motivou nosso estudo, foi a publicação de resultados experimentais e numéricos em sistemas tridimensionais [Yu et al. Nature 489, 379 (2012), Yu et al. PRB 86, 134421 (2012)] que violam a lei de escala $\\phi= u z$, em que $\\phi$ é o expoente da temperatura crítica, $z$ é o expoente crítico dinâmico e $ u$ é o expoente do comprimento de correlação. Abordamos essa controvérsia numericamente fazendo uma análise de escalonamento finito usando o algoritmo Worm nas suas versões quântica e clássica. Nossos resultados demonstram que trabalhos anteriores sobre a dependência da temperatura de transição superfluido-líquido normal com o potencial químico (ou campo magnético, em sistemas de spin), $T_c \\propto (\\mu-\\mu_c)^\\phi$, estavam equivocados na interpretação de um comportamento transiente na aproximação da região crítica genuína. Quando os parâmetros do modelo são modificados de maneira a ampliar a região crítica quântica, simulações com ambos os modelos clássico e quântico revelam que a lei de escala $\\phi= u z$ [com $\\phi=2.7(2)$, $z=3$ e $ u = 0.88(5)$] é válida. Também estimamos o expoente crítico do parâmetro de ordem, encontrando $\\beta=1.5(2)$.

Microcanonical temperature for a classical field: Application to Bose-Einstein condensation

We show that the projected Gross-Pitaevskii equation (PGPE) can be mapped exactly onto Hamilton's equations of motion for classical position and momentum variables. Making use of this mapping, we adapt techniques developed in statistical mechanics to calculate the temperature and chemical potential of a classical Bose field in the microcanonical ensemble. We apply the method to simulations of the PGPE, which can be used to represent the highly occupied modes of Bose condensed gases at finite temperature. The method is rigorous, valid beyond the realms of perturbation theory, and agrees with an earlier method of temperature measurement for the same system. Using this method we show that the critical temperature for condensation in a homogeneous Bose gas on a lattice with a uv cutoff increases with the interaction strength. We discuss how to determine the temperature shift for the Bose gas in the continuum limit using this type of calculation, and obtain a result in agreement with more sophisticated Monte Carlo simulations. We also consider the behavior of the specific heat.