Tóm tắt Luận án Tiến sỹ Vật lý lý thuyết và vật lý toán: Cấu trúc pha của ngưng tụ Bose – Einstein trong khí Bose ở nhiệt độ cực thấp

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