Поляризационные свойства атомарного газа в когерентном состоянии

Abstract

Изучена возможность поляризации газа водородоподобных атомов, находящихся при нулевой температуре в бозе-эйнштейновском конденсате, в равновесных и нестационарных условиях. Уравнение Гросса–Питаевского обобщено для газа атомов с учетом их электронной структуры. Показано, что волновая функция системы взаимодействующих бозе-частиц, находящихся в одночастичном конденсате при нулевой температуре, имеет вид глауберовского когерентного состояния. С помощью обобщенного уравнения Гросса–Питаевского исследованы поляризационные свойства атомарного газа в состоянии бозеэйнштейновской конденсации. Показано, что стационарные состояния электронов в атомах газа, находящегося в когерентном состоянии, могут отличаться от стационарных состояний электронов в свободных атомах, вследствие чего сверхтекучая система способна спонтанно поляризоваться, даже если свободные атомы в стационарных состояниях не обладают собственным дипольным моментом. Более детально изучены поляризационные свойства системы двухуровневых водородоподобных атомов в бозеэйнштейновском конденсате. Распространение как звуковых, так и высокочастотных малых возмущений в когерентной системе поляризованных атомов сопровождается колебаниями поляризации. Обсуждается применимость развиваемых представлений к анализу электрических явлений в сверхтекучем гелии.

Вивчено можливість поляризації газу водньоподібних атомів, що знаходяться при нульовій температурі в бозе-ейнштейнівському конденсаті, у рівноважних і нестаціонарних умовах. Рівняння Гросса– Пітаєвського узагальнено для газу атомів з урахуванням їхньої електронної структури. Показано, що хвильова функція системи взаємодіючих бозе-частинок, що знаходяться в одночастинковому конденсаті при нульовій температурі, має вигляд глауберівського когерентного стану. За допомогою узагальненого рівняння Гросса–Пітаєвського досліджено поляризаційні властивості атомарного газу в стані бозеейнштейнівської конденсації. Показано, що стаціонарні стани електронів в атомах газу, що знаходиться в когерентному стані, можуть відрізнятися від стаціонарних станів електронів у вільних атомах, унаслідок чого надплинна система здатна спонтанно поляризуватися, навіть якщо вільні атоми в стаціонарних станах не мають власного дипольного моменту. Більш детально вивчено поляризаційні властивості системи дворівневих водньоподібних атомів у бозе-ейнштейнівському конденсаті. Поширення як звукових, так і високочастотних малих збурень у когерентній системі поляризованих атомів супроводжується коливаннями поляризації. Обговорюється застосовність уявлень, що розвиваються, до аналізу електричних явищ у надплинному гелії.

A possibility of polarization of the gas of hydrogen-like atoms at zero temperature in the Bose–Einstein condensate is studied in equilibrium and nonequilibrium conditions. The Gross–Pitaevskii equation is generalized for gas of atoms with consideration of their electronic structure. It is shown that the wave function of the system of interacting Bose particles in a single-particle condensate at zero temperature looks like the Glauber coherent state. With the help of the generalized Gross–Pitaevskii equation the polarization properties of atomic gas in the Bose–Einstein condensation state are investigated. It is shown that the electron stationary states in atoms of gas in a coherent state differ from stationary states of electrons in free atoms. Because of this the superfluid system can be spontaneously polarized, even if the free atoms in stationary states have no intrinsic electric dipole moment. The polarization properties of a system of double-level hydrogen-like atoms in the Bose–Einstein condensate are studied more comprehensively. The propagation both of sound and high frequency small disturbances in the coherent system of polarized atoms is accompanied by oscillations of polarization. The applicability of the developed idea to the analysis of electrical phenomena in superfluid helium is discussed.