科學家預言三維自由空間存在穩定孤子

　　中國科學技術大學教授、中科院院士郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在冷原子非線性效應的研究方面取得新進展。該實驗室研究人員周正威等與合作者在具有吸引相互作用的雙分量玻色—愛因斯坦凝聚體中引入自旋軌道耦合，首次預言了在三維自由空間中也會存在穩定的孤子。相關成果日前發表于《物理評論快報》。

　　在一維冷原子系統中，原子間存在吸引相互作用時，系統有穩定的孤子。但隨著空間維度的升高和非線性效應的增強，理論預言在三維或更高維情況下，原子間吸引相互作用會引起系統的崩塌。因此，在以前的研究中，為實現三維空間中的穩定孤子，往往需要借助外加束縛勢場（諧振子勢、光晶格勢等）。通常認為，在原子間吸引相互作用條件下，三維自由空間中不會存在穩定的孤子。

　　周正威等從理論上分析了自旋軌道耦合作用的引入對產生三維自由空間穩定孤子的可能性。他們通過維度分析方法估計出：雖然自旋軌道耦合作用的引入不能改變系統基態崩塌的結果，但自旋軌道耦合作用可以改變系統的能譜，從而產生一個局域的能量極小值點，使系統存在一個亞穩態。而在該亞穩態與崩塌之間存在一個勢壘，可保證亞穩態孤子的穩定性。

　　他們通過數值模擬驗證了在不加入任何外加勢場的情況下，自旋軌道耦合作用確實可以使具有吸引相互作用的玻色—愛因斯坦凝聚體處于穩定的孤子狀態。此外，他們還研究了自旋軌道耦合作用的強度和雙分量交叉相互作用對孤子穩定性的影響以及孤子的動力學性質。