POLITECNICO DI TORINO - DOCTORATE SCHOOL
RESEARCH PROFILES FOR DOCTORAL STUDENTS
DOCTORAL COURSE IN PHYSICS
I campi in azzurro compariranno nel sito web, quelli in grigio nel documento di autovalutazione
RESEARCH TOPICS (inglese)
Macro-area:
Physics of Complex and Biological Systems;
Research title
Quantum Phases and dynamical properties of bosonic fluids in optical lattices
Short description of the research
In the recent years, ultracold bosons trapped in optical lattices have proven to represent an extraordinary
laboratory in which quantum cooperative phenomena can be observed and studied both experimentally and
theoretically.The interplay among the deeply quantum character of such systems, their nonlinearity and
lattice structure, the presence of external potentials and, possibly, of different matter species, has produced
and still produces an exceptionally rich phenomenology. In parallel, the new optical trapping techniques allow
to realize almost-isolated complex lattice systems and to tune, almost at will, the parameters of the relevant
models. The research activity of this group is focused on two topics.
1) Study of quantum phases in 2-species mixtures and in disordered lattices described within the BoseHubbard picture. Large part of the phase diagram of such systems is uknown at present. The goal is to
evidence glass-like behaviors, effects of rotation, percolation patterns or new spatially complex phases
possibly including the presence of confinrenment..The final objective is to improve their control through the
external parameters, and to get essential information for future experiments. 2) Dynamical properties of
mesoscopic arrays of bosonic wells. The strong nonlinearity of such systems prompts the study, both within
the continuos-variable picture and in the ultraquantum limit, of a rich phenomenology including both unstable,
possibly chaotic regimes and ordered regimes with Josephson oscillations, self-trapping effect and breatherlike states.
Keywords: quantum phase transitions, mixtures of two atomic species, disordered systems, quantum
emulsions, lattice quantum dynamics, nonlinear oscillations, spatially localized/delocalized states,
SSD involved (FIS01, FIS02, FIS03, FIS04) FIS02 + FIS03
ATTIVITA’ DI RICERCA (italiano)
Macro-area di appartenenza:
Fisica dei sistemi complessi e biologici;
Titolo dell’attività di ricerca: Fasi quantistiche e proprietà dinamiche di fluidi bosonici in reticoli ottici
Breve descrizione della ricerca
Negli anni recenti, i sistemi di atomi ultrafreddi intrappolati nei reticoli ottici si son rivelati un laboratorio
straordinario in cui i fenomeni collettivi quantistici posson
esser studiati ed osservati sia teoricamente che sperimentalmente. L'effetto combinato del carattere
quantistico estremo di tali sistemi, la loro non linearità e struttura
reticolare, la presenza di potenziali esterni e di specie atomiche differenti ha prodotto ed ancor produce una
fenomenologia eccezionalmente ricca. L'avvento di
nuove tecniche sperimentali ha permesso di realizzare sistemi di bosoni in reticoli quasi
isolati con un controllo in prastca totale dei parametri dei relativi modelli. L'attività di ricerca si focalizza su
due fronti.
1) Studio delle fasi quantistiche in miscele a 2 specie atomiche ed in reticoli disordinati descritti dal modello di
Bose-Hubbard. Gran parte del diagramma di fase di tali sistemi è al momento sconosciuto. L'obbiettivo è di
evidenziare comportamenti vetrosi, effetti della rotazione, cammini di percolazione o nuove fasi spaziali
complesse includendo I potenziali confinanti. Lo scopo finale è l'aumento del controllo di tali sistemi mediante
I parametri esterni e l'acquisizione di informazione essenziale per futuri esperimenti. 2) Proprieta dinamiche
di array mesoscopici di buche bosoniche. La forte non linearità di tali sistemi stimola studio, sia nel
formalismo delle variabili continue che nel limite ultraquantistico, di una ricca fenomenologia che include sia I
regimi insatibili ed eventualmente caotici sia I regimi ordinati con oscillazioni tipo Jpsephson, effetti di selftrapping e stati tipo breathers.
Parole chiave: transizioni quantistiche di fase, miscele con due specie atomiche, sistemi disordinati,
emulsioni quantistiche; dinamica quantistica su reticoli, oscillazioni non lineari, stati spaziali
loaclizzati/delocalizzati.
SSD coinvolti (FIS01, FIS02, FIS03, FIS04) FIS02 + FIS03
MEMBERS OF THE RESARCH GROUP INCLUDING PHD STUDENTS
STAFF: Vittorio Penna
PhD students: Marco Guglielmino
WEB PAGE OF THE RESEARCH GROUP
http://areeweb.polito.it/ricerca/qdbf/
INTERNATIONAL COLLABORATIONS (ACTIVE IN 2010)
BARBARA CAPOGROSSO SANSONE, Institute for Theoretical Atomic, Molecular and Optical Physics,
Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics, Cambridge, MA, USA
SELECTED PAPERS OF THE PAST 5 YEARS (2006-2010)
P. Buonsante, P. Kevrekidis, V. Penna, and A. Vezzani,
"Ground-state properties of of small-size nonlinear dynamical lattices",
Phys. Rev. E 75 (2007) 016212-1 016212-8
P. Buonsante, V. Penna, A. Vezzani and P. B. Blakie,
"Mean-Field Phase Diagram of cold lattice bosons in disordered potentials",
Phys. Rev. A 76, (2007) 011602 R
P. Buonsante, F. Massel, V. Penna, and A. Vezzani,
"Mean-field description of ultracold bosons on disordered two-dimensional optical lattices",
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 40 (2007) F265-F273
P. Buonsante, and V. Penna,
"Some remarks on the coherent-state variational approach to nonlinear boson models",
J. Phys. A: Math. Teor. 41 (2008) 175301
P. Buonsante, S. M. Giampaolo, F. Illuminati, V. Penna,
and A. Vezzani,
"Mixtures of Strongly Interacting Bosons in Optical Lattices",
Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 240402
P. Buonsante, F. Massel, V. Penna, and A. Vezzani,
"Gutzwiller approach to the Bose-Hubbard model with random local
impurities Glass", Phys. Rev. A 79 (2009) 013623-1, 013623-12
M. Guglielmino, V. Penna, and B. Capogrosso-Sansone,
"Mott-insulator–to–superfluid transition in Bose-Bose mixtures
in a two-dimensional lattice", Phys. Rev. A 82 (2010) 021601(R)
FUNDED PROJECTS OF THE RESEARCH GROUP IN THE PAST 5 YEARS (20062010)
