Geração de vórtices e turbulência em misturas binárias de condensados de Bose-Einstein
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Data
2023-07-26
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Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A produção dinâmica de vórtices e turbulência em condensados atômicos de Bose-Einstein, confinados em armadilhas harmônicas submetidas a perturbações elípticas periódicas dependentes do tempo, é estudada considerando-se dois sistemas binários acoplados, que possuem massas diferentes. O estudo é feito no sistema referencial do laboratório, considerando-se que ambas as espécies estão inicialmente confinadas por uma armadilha harmônica tipo panqueca (o que permite um tratamento quasi-bidimensional), que é ligeiramente modificada elipticamente por uma interação periódica dependente do tempo, cuja frequência caracteriza a rede final de vórtices obtida dinamicamente. Para verificar o efeito da diferença de massa para a geração de vórtices, nossa abordagem foi aplicada a duas misturas binárias experimentalmente acessíveis $^{85}$Rb-$^{133}$Cs e $^{85}$Rb-$^{87}$Rb.
Para a compreensão do processo dinâmico subjacente, calculamos para ambas as espécies a evolução temporal das respectivas contribuições de energia (total e cinética) geradas pelos vórtices, juntamente com as velocidades associadas. Coletivamente, através da análise da evolução temporal das energias cinéticas compressivas e não-compressivas, procurou-se distinguir fluxos turbulentos de não turbulentos. Usando-se também a propagação temporal dos valores esperados do momento angular e do momento de inércia de ambos os componentes do sistema binário, foram determinadas as frequências efetivas de rotação obtidas quando da formação de redes estáveis de vórtices. Tais frequências efetivas foram posteriormente utilizadas em simulações no sistema referencial em rotação desligando-se a perturbação periódica temporal. Conforme foi demonstrado, para o caso do uso da perturbação temporal, a produção dinâmica de redes estáveis de vórtices para misturas binárias de condensados com massas assimétricas ocorre de forma mais rápida quando as diferenças de massa são maiores, do que ocorre para misturas com diferenças pequenas entre as espécies
The dynamical production of vortices and turbulence in atomic Bose-Einstein condensates (BEC) confined in harmonic traps under time-dependent periodic eliptic perturbations (stirring potential), is studied by using two kinds of mass-imbalanced coupled systems. The study is done in the condensate laboratory frame, by considering that both species are confined by a pancake-like harmonic trap (allowing a quasi-two-dimensional treatment), slightly modified elliptically by a time-dependent periodic interaction, with a frequency that is going to characterize the final pattern of vortices. To verify the effect of mass differences on the vortex generation, our approach was applied to two experimentally accessible binary mixtures, 85Rb-133Cs and 85Rb-87Rb. For the understanding of the underlying dynamical process, we calculate for both species the time evolution of the respective energy contributions generated by the vortices, together with the associated velocities. Collectively, through the analysis of the time-evolution of the compressible and non-compressible kinetic energies, our aim was to distinguish turbulent from nonturbulent flows. By using the temporal evolution of the mean-expected values for the angular momentum and moment of inertia of both components of the binary system, effective rotation frequencies were extracted, which were further considered within simulations in the rotating frame without the stirring interaction. As it was verified, the dynamic production of stable vortices occurs in a hastier form than for mixtures with small mass differences between the species
The dynamical production of vortices and turbulence in atomic Bose-Einstein condensates (BEC) confined in harmonic traps under time-dependent periodic eliptic perturbations (stirring potential), is studied by using two kinds of mass-imbalanced coupled systems. The study is done in the condensate laboratory frame, by considering that both species are confined by a pancake-like harmonic trap (allowing a quasi-two-dimensional treatment), slightly modified elliptically by a time-dependent periodic interaction, with a frequency that is going to characterize the final pattern of vortices. To verify the effect of mass differences on the vortex generation, our approach was applied to two experimentally accessible binary mixtures, 85Rb-133Cs and 85Rb-87Rb. For the understanding of the underlying dynamical process, we calculate for both species the time evolution of the respective energy contributions generated by the vortices, together with the associated velocities. Collectively, through the analysis of the time-evolution of the compressible and non-compressible kinetic energies, our aim was to distinguish turbulent from nonturbulent flows. By using the temporal evolution of the mean-expected values for the angular momentum and moment of inertia of both components of the binary system, effective rotation frequencies were extracted, which were further considered within simulations in the rotating frame without the stirring interaction. As it was verified, the dynamic production of stable vortices occurs in a hastier form than for mixtures with small mass differences between the species
Descrição
Palavras-chave
Física da matéria condensada, Física nuclear
Como citar
SILVA, Anacé Nunes da. Geração de vórtices e turbulência em misturas binárias de condensados de Bose-Einstein. 2023. Tese (Doutorado em Física) - Instituto de Física Teórica, Universidade Estadual Paulista, São Paulo, 2023.