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Tipo: TCC
Título: Cristalização e superfluidez em um condensado de Bose-Einstein unidimensional com interações do tipo soft-core
Autor(es): Lopes, Sofia Veras
Orientador: Chaves, Andrey
Palavras-chave em português: Superfluidos;Supersólidos;Condensados de Bose-Einstein;Equação de Gross-Pitaevskii
Palavras-chave em inglês: Superfluids;Supersolids;Bose-Einstein condensates;Gross-Pitaevskii equation
Data do documento: 2025
Citação: LOPES, Sofia Vera. Cristalização e superfluidez em com condensado de Bose-Einstein unidimensional com interações do tipo soft-core. 2025. 56 f. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Em um sistema de muitos bósons em baixas temperaturas, as partículas podem todas ocupar o mesmo estado fundamental do sistema, formando assim um condensado de Bose-Einstein. Neste caso, todos os bósons compartilham uma mesma função de onda para descrever o estado do sistema. Uma maneira de se estudar este sistema é através da equação de Gross-Pitaevskii (EGP), que tem a forma de uma equação de Schrodinger não-linear, cuja solução é uma função cujo módulo quadrado representa uma densidade de partículas ao longo do espaço em cada instante de tempo. Para o caso em que o potencial de interação entre partículas é uma interação de contato, uma função constante é solução da EGP. Para o caso de interações dipolo-dipolo em condensados de bósons dipolares, a equação adquire uma forma mais complicada, com um potencial não-local, mas a solução constante continua válida dependendo das condições de contorno. Porém, uma situação curiosa ocorre quando consideramos um potencial do tipo soft-core, ou seja, um potencial de interação com um valor finito V dentro de um intervalo de distâncias partícula-partícula de 0 a R; note que, fazendo V →∞ e R→0, este potencial recai na da interação de contato. No potencial soft-core, encontra-se uma modulação periódica na densidade de partículas: neste caso, o condensado possui propriedades de superfluido, como de costume, mas também uma modulação periódica que traz características de um sólido, o que justifica chamar este estado de "supersólido". Neste trabalho, usamos um método de evolução em tempo imaginário para resolver a EGP de forma numérica para um condensado de bósons interagindo com potencial soft-core. Com isso, investigamos as condições necessárias no sistema para se obter estados supersólidos e discutimos a possibilidade de se observar este tipo de estado em sistemas reais futuramente.
Abstract: In a system of many bosons at low temperatures, the particles can all occupy the same ground state, thus forming a Bose-Einstein condensate. In this case, all bosons share a single wave function to describe the system’s state. One way to study this system is through the Gross-Pitaevskii equation (GPE), which has the form of a nonlinear Schrodinger equation, whose solution is a function whose squared modulus represents a particle density throughout space at each instant of time. For the case where the interaction potential between particles is a contact interaction, a constant function is the solution to the GPE. For dipole-dipole interactions in dipolarboson condensates, the equation takes on a more complicated form, with a nonlocal potential, but the constant solution remains valid depending on the boundary conditions. However, a curious situation arises when we consider a soft-core potential, that is, an interaction potential with a finite value V within a range of particle-particle distances from 0 to R; note that, setting V →∞and R→0, this potential falls within the contact interaction potential. In the soft-core potential, a periodic modulation in the particle density is found: in this case, the condensate possesses superfluid properties, as usual, but also a periodic modulation that brings characteristics of a solid, justifying the term "supersolid."In this work, we use an imaginary time evolution method to solve the GPE numerically for a condensate of interacting bosons with a soft-core potential. Thus, we investigate the conditions necessary in the system to obtain supersolid states and discuss the possibility of observing this type of state in real systems in the future.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81771
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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