EFFECTIVE MAGNETIC FIELDS IN ULTRACOLD ATOMIC GASES ^∗
G. Juzeliūnas^a, J. Ruseckas^a, and P. Öhberg^b
aInstitute of Theoretical Physics and Astronomy of Vilnius University, A. Goštauto 12, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: gj@itpa.lt
^bDepartment of Physics, University of Strathclyde, Glasgow G4 0NG, Scotland

Received 25 April 2005

We consider the influence of two resonant laser beams (to be referred to as the control and probe beams) on the mechanical properties of a degenerate atomic gas. The control and probe beams of light are assumed to have orbital angular momenta (OAM) and act on the three-level atoms in the electromagnetically induced transparency (EIT) configuration. We have carried out an explicit analysis of the quantum dynamics of the atoms coupled with the two laser beams. Using the adiabatic approximation, we have obtained an effective equation of motion for the atoms driven to the dark state. The equation contains a vector potential type interaction as well as an effective trapping potential. The effective magnetic field is shown to be oriented along the propagation direction of the control and probe beams containing OAM. Its spatial profile can be controlled and shaped by choosing the proper laser beams. We have demonstrated how to generate a constant effective magnetic field both in the disc and ring geometries of the atomic trap. We have also studied situations where the effective magnetic field exhibits a radial dependence. We have shown that the effective magnetic field can be concentrated within a region where the effective trapping potential holds the atoms. Furthermore the estimated magnetic length can be considerably smaller than the size of the atomic cloud.

EFEKTYVUSIS MAGNETINIS LAUKAS LABAI ŠALTOSE ATOMŲ DUJOSE
G. Juzeliūnas^a, J. Ruseckas^a, P. Öhberg^b
aTeorinės fizikos ir astronomijos institutas, Vilnius, Lietuva
^bStratklaido universitetas, Glazgas, Škotija

Nagrinėtas dviejų rezonansinių šviesos pluoštų poveikis šaltų atomų dujoms. Ištirtas atvejis, kai bent vienas tų pluoštų turi nenulinę orbitinio judesio kiekio momento projekciją išilgai sklidimo krypties, o šviesai sąveikaujant su atomais, susidaro elektromagnetiškai sukeltas praskaidrėjimas. Parodyta, kad tuomet šviesos pluoštų poveikis atomų masių centro judėjimui yra panašus į magnetinio lauko poveikį elektringoms dalelėms. Remiantis mikroskopiniu lėtai sklindančios šviesos bei atomų aprašymu, buvo išvesta atomų masių centro judėjimo kvantinė lygtis, kurioje atsiranda efektyvusis vektorinis potencialas A_eff, imituojantis magnetinį lauką. Efektyviojo magnetinio lauko indukcijos B_eff erdvinį pasiskirstymą galima reikiamai suformuoti, pasirenkant atitinkamos formos šviesos pluoštus. Išnagrinėta keletas šviesos pluoštų pavidalų. Rastas pluoštų profilis, sukeliantis pastovų efektyvųjį magnetinį lauką disko ir žiedo formos atomų gaudyklėse. Efektyvaus magnetinio lauko sukūrimas yra svarbus klausimas, kadangi, kitaip negu elektronai metaluose, atomų Bose ir Einstein’o kondensatą ar išsigimusias Fermio dujas sudaro elektriškai neutralios dalelės (atomai), kurių neveikia tikras magnetinis laukas. Parodyta, kad efektyvusis magnetinis laukas gali būti pakankamai stiprus ir jį atitinkantis magnetinis ilgis gali gerokai viršyti bandinio plotį. Todėl atominėse dujose gali pasireikšti elektronų teorijoje žinomų magnetinių efektų analogai.