Thermodynamic measurement of the sound velocity of a Bose gas across the transition to Bose–Einstein condensation

Fritsch, A. R.; Tavares, P. E. S.; Vivanco, Franklin; Telles, G. D.; Bagnato, Vanderlei Salvador; Henn, E. A. L.

doi:10.1088/1742-5468/aabbcf

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“…From a general point of view, we expect the induced interaction to decrease with increasing temperature. The reason is that the Bose gas becomes less compressible as particles are excited out of the BEC [47]. This effect will however be small for temperatures much smaller than the critical temperature of the BEC, as considered in this paper.…”

Section: A Weak Couplingmentioning

confidence: 90%

Landau Effective Interaction between Quasiparticles in a Bose-Einstein Condensate

Camacho-Guardián

Bruun

2018

Phys. Rev. X

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Landau's description of the excitations in a macroscopic system in terms of quasiparticles stands out as one of the highlights in quantum physics. It provides an accurate description of otherwise prohibitively complex many-body systems, and has led to the development of several key technologies. In this paper, we investigate theoretically the Landau effective interaction between quasiparticles, socalled Bose polarons, formed by impurity particles immersed in a Bose-Einstein condensate (BEC). In the limit of weak interactions between the impurities and the BEC, we derive rigorous results for the effective interaction. They show that it can be strong even for weak impurity-boson interaction, if the transferred momentum/energy between the quasiparticles is resonant with a sound mode in the BEC. We then develop a diagrammatic scheme to calculate the effective interaction for arbitrary coupling strengths, which recovers the correct weak coupling results. Using this, we show that the Landau effective interaction in general is significantly stronger than that between quasiparticles in a Fermi gas, mainly because a BEC is more compressible than a Fermi gas. The interaction is particularly large near the unitarity limit of the impurity-boson scattering, or when the quasiparticle momentum is close to the threshold for momentum relaxation in the BEC. Finally, we show how the Landau effective interaction leads to a sizeable shift of the quasiparticle energy with increasing impurity concentration, which should be detectable with present day experimental techniques.

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Section: A Weak Couplingmentioning

confidence: 90%

Landau Effective Interaction between Quasiparticles in a Bose-Einstein Condensate

Camacho-Guardián

Bruun

2018

Phys. Rev. X

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“…In harmonically trapped gases, following first studies of collisionless excitations [9][10][11], a pioneering study [12] revealed the analogs of first and second sound in two collective modes with frequencies between the hydrodynamic and collisionless predictions. Further studies have explored the effects of interactions on the first sound above T c [13,14] and on the second sound and related thermodynamics below it [15][16][17]. Recently, simultaneous observation of first and second sound has been used to characterize the superfluid transition in two dimensions (2D) [18].…”

mentioning

confidence: 99%

First and Second Sound in a Compressible 3D Bose Fluid

Hilker

Dogra²,

Eigen³

et al. 2022

Phys. Rev. Lett.

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The two-fluid model is fundamental for the description of superfluidity. In the nearly incompressible liquid regime, it successfully describes first and second sound, corresponding, respectively, to density and entropy waves, in both liquid helium and unitary Fermi gases. Here, we study the two sounds in the opposite regime of a highly compressible fluid, using an ultracold 39 K Bose gas in a three-dimensional box trap. We excite the longest-wavelength mode of our homogeneous gas, and observe two distinct resonant oscillations below the critical temperature, of which only one persists above it. In a microscopic mode-structure analysis, we find agreement with the hydrodynamic theory, where first and second sound involve density oscillations dominated by, respectively, thermal and condensed atoms. Varying the interaction strength, we explore the crossover from hydrodynamic to collisionless behavior in a normal gas.

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“…(63) In this section, we will see the measurements of this quantities and also how the global thermodynamic approach has been successes in explain the behavior of the phase transition of this system.…”

Section: Achieved Measurementsmentioning

confidence: 99%

Thermal expansion coefficient for a trapped Bose gas during phase transition

Gutierrez¹

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A Shirly Lara, mi novia. Y a mi madre, Noris ACKNOWLEDGEMENTS En primer lugar quiero agradecer a jehová, por haberme dado la vida que tengo y la oportunidad de estudiar física, por haberme dado todas las oportunidades para ser hoy quien soy y estar donde me encuentro. También, agradecer al profesor Vanderlei. S Bagnato que desde el primer momento que contacte con él fue amable y me dio una oportunidad sin conocerme, brindándome todo su apoyo y su ayuda. Por permitir aprender de él, por tener siempre una visión de las cosas, una visión que va más allá de lo que se pueda encontrar en un libro o en cualquier otra parte. Por la paciencia que tuvo conmigo cuando ni siquiera yo mismo creía en mis capacidades. Vanderlei ha sido la persona más brillante que he conocido hasta ahora, me ha inspirado como la persona y el profesional que quiero ser, porque es una persona que ama lo que hace y es incansable en cada cosa que se propone. Si hablamos de paciencia, tengo que mencionar a alguien muy importante en todo tiempo, quien fue mi guía, mi tutor día a día, tanto como compañero y amigo, Freddy Jackson Poveda. Desde la primera semana que llegue a Brasil, me acogió como su aprendiz, podría decir que gran parte de las cosas que aprendí, fue porque el me las enseño. Además, que era la única persona que discutía con Vanderlei, con buenos argumentos :). Debo agradecer a mi novia, Shirly Lara, que aunque no está aquí físicamente, me ha apoyado y acompañado en cada momento desde que estoy aquí. Me ha amado a pesar de todas las adversidades y de todos los momentos difíciles que hemos pasado, sin importar cuantas veces no le preste atención por estar en esta magnífica, pero dura profesión.Una de las personas a quien más tengo que agradecer es mi madre, Noris Gutiérrez, todo lo bueno que tengo y he podido alcanzar es gracias a la formación que me dio. Ha sido mi mayor motivación para poder salir adelante y demostrarle que todo lo que me enseño valió la pena. Agradecer también a mis hermanos por todas sus locuras. y a todas las personas en Colombia que me apoyaron para que pudiera venir a Brasil, personas como Jorge Mercado, Gloria Grillo y Francisco Racedo quien fue mi orientador en el pregrado y me dio la motivación necesaria para poder llegar hasta aquí. Debo agradecer también a las personas que me acogieron cuando llegue a Brasil como lo fue Eliseo Gomes, Rubén Fonseca, y Edwin Pedrozo. Este último, desde el último año ha sabido ser mi amigo y compañero de historias en el laboratorio, una persona que sabe mucho lo que hace, es muy inteligente y divertido, además de ser una gran persona. Andrés Rodríguez también merece un lugar en estos agradecimientos, a pesar de que a veces pueda ser desesperante, tiene un gran corazón y que a pesar de todo lo considero como un gran amigo.Patricia Castilho ha sido también una persona que se ha ganado algunas letras aquí, es una persona muy trabajadora y responsable, que con trabajo me ha enseñado el significado del esfuerzo y la dedicación. A veces es una persona difícil y complicada, todos somos...

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Thermodynamic measurement of the sound velocity of a Bose gas across the transition to Bose–Einstein condensation

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Landau Effective Interaction between Quasiparticles in a Bose-Einstein Condensate

First and Second Sound in a Compressible 3D Bose Fluid

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