TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
CẤU TRÚC PHA CỦA NGƯNG TỤ BOSE - EINSTEIN
TRONG KHÍ BOSE Ở NHIỆT ĐỘ CỰC THẤP
Nghiên cứu sinh: Đặng Thị Minh Huệ
Bộ môn Vật lý, Trường Đại Học Thủy Lợi
Đơn vị đào tạo: Trung tâm Đào tạo hạt nhân,
Viện Năng Lượng Nguyên tử Việt Nam
Người hướng dẫn: GS.TSKH. Trần Hữu Phát,
Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam;
PGS. TS. Lê Viết Hòa,
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.
HÀ NỘI, 2016
MỞ ĐẦU
I Tính cấp thiết và mục tiêu của luận án
I.1 Tính cấp thiết
Ngưng tụ Bose - Einstein (BEC) chính là vật chất lượng tử đóng vai trò
chủ yếu khi xác lập nguyên lý làm việc của máy tính lượng tử, các nghiên
cứu về BEC cung cấp nhiều kết quả quan trọng đối với toàn bộ ngành vật
lý, đặc biệt là công nghệ lượng tử được hình thành từ ba thành phần chính
sau:
1. Thông tin lượng tử
2. Máy tính lượng tử
3. Vật chất lượng tử .
Do đó nghiên cứu các tính chất vật lý của BEC tạo nên từ khí Bose và
khí Fermi ở nhiệt độ cực thấp đã trở thành một trong những lĩnh vực hấp
dẫn nhất của vật lý hiện đại cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm. Vì vậy, việc
nghiên cứu cấu trúc pha của BEC trong khí Bose ở nhiệt độ cực thấp đóng
một vai trò quan trọng vì cấu trúc pha cho ta thông tin đầy đủ về trạng
thái của vật chất lượng tử ứng với các miền khác nhau của các tham số
vật lý như hằng số tương tác, nhiệt độ và thế hoá học.
I.2 Mục tiêu
Tìm ra các hiện tượng (hiệu ứng) vật lý mới trong cấu trúc pha của BEC
đối với khí Bose một thành phần và hai thành phần ở nhiệt độ cực thấp.
II Những đóng góp mới và ý nghĩa khoa học của luận án
Đã chứng tỏ rằng trong vùng tham số ở đó xảy ra bất ổn định động lực
thì không xảy ra ngưng tụ Bose - Einstein.
Đã chứng tỏ rằng quá trình ngưng tụ Bose - Einstein là một chuyển pha
loại hai và xảy ra theo một trong hai kịch bản: phục hồi đối xứng bị phá
1
vỡ (SR - Symmetry Restoration) hoặc phá vỡ đối xứng nghịch đảo (ISB
- Inverse Symmetry Breaking), quá trình này chỉ xảy ra với hệ hai thành
phần.
Kết quả tính số đã cho phép xác định trạng thái chân không của hạt j-
trạng thái tại đó tổng số hạt jbằng không, ρj= 0.
Đã phát hiện ra hai hiện tượng mới trong cấu trúc pha của khí Bose ở
nhiệt độ cực thấp khi có BEC. Đó là quá trình phá vỡ đối xứng ngược và
vai trò của tính ổn định động lực đối với sự hình thành các pha.
III Bố cục của luận án
Luận án được trình bày theo ba chương, bao gồm:
Chương 1: Tổng quan các vấn đề liên quan đến luận án.
Chương 2: Cấu trúc pha của ngưng tụ Bose - Einstein trong khí Bose một
thành phần ở nhiệt độ cực thấp.
Chương 3: Cấu trúc pha của ngưng tụ Bose - Einstein trong khí Bose hai
thành phần ở nhiệt độ cực thấp.
Chương I. TỔNG QUAN
I. Chuyển pha nhiệt và chuyển pha lượng tử
Chuyển pha nhiệt xảy ra khi thăng giáng nhiệt của các đại lượng vật lý,
đặc biệt là của mật độ hạt trở nên rất lớn tại điểm chuyển pha và khi đó
độ dài tương quan trở nên lớn vô hạn. Theo Landau, pha trạng thái của
hệ tồn tại trong tự nhiên khi và chỉ khi nhiệt dung đẳng tích tương ứng
có giá trị dương và sự chuyển pha được chia làm hai loại: chuyển pha loại
một và chuyển pha loại hai. Khi nhiệt độ tăng, tham số trật tự biến đổi có
bước nhảy thì sự chuyển pha là loại một còn nếu độ trật tự dẫn đến không
một cách liên tục, không có bước nhảy thì sẽ có chuyển pha loại hai.
Pha lượng tử là các trạng thái lượng tử của hệ ở một nhiệt độ xác định.
Chuyển pha lượng tử xảy ra do thăng giáng lượng tử của các đại lượng vật
2
lý trong đó mật độ số hạt ở một nhiệt độ xác định trở nên rất lớn khi tiến
tới điểm chuyển pha. Thăng giáng lượng tử xảy ra do nguyên lý bất định
Heisenberg.
II. Phá vỡ đối xứng tự phát và định lý Goldstone
Khi Lagrangian của hệ bất biến đối với các phép biến đổi của nhóm đối
xứng nhưng trạng thái chân không của hệ lại không bất biến dưới sự biến
đổi của phép đối xứng đó, ta nói rằng các phép biến đổi đối xứng đã bị phá
vỡ tự phát và tuân theo định lý Goldstone: "Một hệ tương đối tính trong
đó nhóm đối xứng liên tục G(n)bị phá vỡ tự phát: G(n)→H(m < n),H
là nhóm con của G, sẽ xuất hiện các boson với hệ thức tán sắc Ei=αik.
Trong gần đúng k→0, số các boson này gọi là boson Goldstone với số
lượng bằng (n−m)”.
III. Tiêu chuẩn Landau về tính siêu lỏng và tính bất ổn định động
lực
Tính siêu lỏng là tính chất của chất lỏng lượng tử loại Bose không có độ
nhớt, tốc độ chảy không bị giảm đi khi chảy dọc theo ống mao dẫn hẹp
hoặc một khe nhỏ. Để tồn tại tính siêu lỏng thì vận tốc chảy của chất lỏng
phải thỏa mãn điều kiện:
v < min(ǫ
p).(1)
Do đó vận tốc cực tiểu có thể tạo ra các kích thích trong ngưng tụ Bose –
Einstein của chất lỏng đồng nhất (gọi là điều kiện tiêu chuẩn Landau) là:
vc=min(ǫp
p),(2)
trong đó ǫplà năng lượng kích thích, plà động lượng của hệ.
3
