ديناميك ويژگي‌هاي فيزيكي چگاليده بوز-اينشتين در برهم‌كنش غيرخطي با يك ميدان كوانتومي تك‌مد

Dynamics of physical properties of a BEC via nonlinear interaction with a single-mode quantized field

در اين مقاله ديناميك ويژگي‌هاي فيزيكي يك سامانه متشكل از يك آنسامبل از اتم‌هاي چهار-ترازي در حالت چگاليده بوز-اينشتين و يك ميدان كوانتومي تك‌مد در حضور برهم‌كنش غيرخطي بين آنها را مورد بررسي قرار مي‌دهيم. براي اين منظور، هاميلتوني سامانه را بر حسب عملگرهاي تكانه زاويه‌اي معرفي كرده و زيرحالت اتمي سامانه را با استفاده از مدل ديك به دست مي‌آوريم. پس از حل تحليلي هاميلتوني سامانه، برخي از ويژگي‌هاي فيزيكي سامانه مانند، واروني جمعيت اتمي، ميزان درهم-تنيگي بين اتم‌ها و ميدان و هم‌چنين پارامتر مندل را مورد بررسي قرار مي‌دهيم. نتايج نشان مي‌دهد كه پارامتر ناميزاني و ديگر پارامترهاي موجود در مدل ارائه شده، به طور قابل توجهي ديناميك سامانه را تحت تاثير قرار مي‌دهند. پديده فروافت-احيا يكي از ويژگي‌هاي جالب توجه سامانه است كه با تنظيم پارامترهاي انتخاب شده مي‌توان رفتار آن را كنترل كرد. هم‌چنين، مشاهده مي‌شود كه پس از شروع برهم‌كنش، سامانه همواره درهم‌تنيده خواهد ماند. اگرچه تحت شرايط خاصي، مرگ ناگهاني و سپس احياي درهم‌تنيدگي را مي‌توان مشاهده كرد.

In this paper we investigate the dynamics of physical properties of a system consisting of an ensemble of four-level atoms in Bose-Einstein condensate (BEC) state and a single-mode quantized field in which nonlinear interaction is taken into account. In this regard, we introduce the dynamical Hamiltonian of the system in terms of angular momentum operators and use the Dicke model to construct the state of atomic sub-system. After obtaining the analytical solution of the system, a few physical properties such as atomic population inversion, degree of entanglement between the ”BEC atoms” and the ”photons” as well as Mandel parameter are evaluated. It is shown that, the detuning parameter and other involved parameters in the presented model can dramatically affect the dynamics of the system. The collapse-revival phenomenon is a superb feature of the system which can be controlled by tuning the chosen parameters. Also, it is found that, after the onset of interaction the system is always entangled. However, under particular conditions, the approximate sudden death and then revival of entanglement can be observed.