Bright solitons in a quasi-one-dimensional dipolar Bose-Einstein condensate

Abstract

The ultracold atomic gases have provided an important environment for studying quantum many-particle systems in the last two decades. In 2005 the experimental realization of a 'INTPOT. 52 Cr' Bose-Einstein condensate with inter-atomic magnetic dipole dipole interaction opened the door to a new level in the research of degenerate quantum gases. As opposed to the usual contact interaction, this new interaction is long-range and anisotropic being partially repulsive or attractive. In the mean-?eld approximation initially are introduced the main issues about non-dipolar condensates with particular interest in the attractive regime (a< 0) where is possible the formation of bright solitons and the existence of instability by collapse beyond a certain critical value. The study is carried out mainly using a numerical method and a variational one. Later, the dipolar Bose-Einstein condensate is depicted by means of the non-local Gross-Pitaevskii equation. From the non-dipolar scenario by means of the extension in the numerical and the variational method is determined the formation of bright solitons in the GPE in the three-dimensional model and thequasi-one-dimensionaltothreedi?erentdipolarcondensatesofexperimentalrelevance, namely 'INTPOT. 52 Cr', 'INTPOT. 168 Er' and 'INTPOT. 164 Dy'. Plots of chemical potential and rms sizes of solitons are obtained. Finally, it is studied collision dynamics of two bright solitons in the quasi-1D dipolar model of every condensate above

Os gases atômicos ultrafrios têm proporcionado um importante ambiente no estudo de sistemas quânticos de muitas partículas nas duas últimas décadas. Em 2005, a realização experimental dum condensado de Bose-Einstein de 'INTPOT. 52 Cr' com interação magnética dipolo dipolo inter-atômica abriu a porta para um novo nível na pesquisa de gases quânticos degenerados. Ao contrário da interacção de contacto, esta nova interação é de longo alcance e anisotrópica sendo em parte repulsiva ou atrativa. Na aproximação de campomeio, inicialmente, são introduzidas as principais questões sobre condesados com especial interesse no regime atrativo (a< 0) onde é possível a formação de solitons brilhantes e a existência da instabilidade por colapso além de um certo valor crítico. O estudo é realizado,principalmente,usandoummétodonuméricoeumvariacional. Posteriormente, o condensado de Bose-Einstein dipolar é descrito através da equação não-local de GrossPitaevskii. A partir do cenário não-dipolar, por meio da extensão no método numérico e no método variacional é determinada a formação de solitons brilhantes na equação de Gross-Pitaevskii nos modelos tridimensional e quasi-unidimensional para três diferentes condensados dipolares de relevância experimental, isto é 'INTPOT. 52 Cr', 'INTPOT. 168 Er' e 'INTPOT. 164 Dy'. Grá?cos do potencial químico e a raiz quadrática média (rms) dos solitons são obtidos. Finalmente, estuda-se a dinâmica da colisão de dois solitons brilhantes no modelo dipolar quasi-1D de cada condensado acima