為超冷原子初學者遞上一把入門鑰匙：《冷原子物理與低維量子氣體》作者淺談

冷原子物理、玻色愛因斯坦凝聚、低維量子氣體、拓撲絕緣體、量子渦旋、超流-絕緣相變，這些看似遙遠的物理名詞，實則早已隨著現代物理的飛速發展，成為解讀非平衡動力學、多體量子效應及拓撲物態的核心研究平臺。這個充滿活力的領域，正持續重塑我們對量子世界的認知邊界，同時也藏著無數值得我們探索的科研奧秘。

但只有真正踏入這一領域的人才懂：入門的第一步，往往是最磨人的。回望研究生階段，我剛接觸冷原子物理的時侯，相關中文書目就十分有限，復雜的物理原理、艱深的理論教材再加上全英文文獻，多重壓力下，學習過程格外吃力。

但正因為親歷過這份迷茫與艱難，《冷原子物理與低維量子氣體》才有了存在的意義。這本書不刻意追求高深晦澀的理論堆砌，也不想做遙不可及的學術典籍，更愿化作一束溫暖的手電光，照亮冷原子世界的入門之路，陪伴讀者走過最初、也是最關鍵的探索階段。

一本從“理解”出發的入門指南

本書由北京大學姚和朋老師與我一起牽頭撰寫，部分章節特邀王波濤、姚智斌老師聯合執筆，也請教了很多國內外的青年同行朋友。我們的初衷很樸素：為初次涉足冷原子領域的學習者，打磨一本“好讀、能用、易懂”的中文入門讀物。

內容編排上，本書從三維量子氣體切入，逐步延伸至一維、二維系統的物理現象、核心模型與相變規律，后續還拓展了旋轉氣體、渦旋晶格及精密測量等前沿方向。我們不拘泥于固化框架，而是始終以“初學者能輕松跟上”為核心線索，力求每一處知識遞進都貼合認知節奏，讓理解過程自然順暢。

它不貪多求全灌輸知識點，而是更側重搭建清晰的“認知地圖”，帶著讀者逐步厘清核心疑問：

· 超冷原子的基礎理論和實驗體系為何？

· 低維體系的特殊性究竟源于何處？

· 不同維度下量子相變背后藏著怎樣的底層物理邏輯？

· 冷原子平臺如何將抽象理論轉化為可落地的實驗？

一份來自實驗室的“陪伴式”參考

比起不少偏重純理論推演的教材，我們更希望這本書足夠“接地氣”，多些實驗視角的溫度與實用性。

作為實驗部分的主要執筆人，我在介紹核心模型與研究方法時，會特意標注哪些已實現實驗驗證、哪些仍處于理論預言階段，也會直面領域內尚未攻克的關鍵難題——既幫剛進課題組的同學打通理論公式與實驗現象的壁壘，也助力大家逐步培養專屬的物理直覺。

我們始終期待，這本書能成為讀者們科研路上默默陪伴的朋友與可靠的伙伴：

不用包攬所有問題的答案，卻能在你卡殼時提供新的解讀視角；不用覆蓋全部知識點，卻能在你迷茫時，喚醒公式背后的物理圖像；更能在你需要快速復盤時，成為手邊易翻易用的中文參考。

給讀者的3個實用閱讀建議

如果你是剛接觸冷原子領域的初學者，不妨試試這些閱讀方法，能幫自己更快上手：

1. 先讀圖、再讀文：每章插圖與圖注都凝結了核心精髓，先通過圖像建立基礎物理認知，帶著預判讀正文，理解會更深刻；

▲右圖為《冷原子物理與低維量子氣體》書中插圖，左圖為書中插圖對應的英文文獻來源

2. 先中文、再英文：先靠書中中文敘述吃透核心邏輯與整體框架，再帶著清晰認知查閱引用的原始文獻，避免零基礎硬啃英文的盲目感，既能補充細節、修正偏差，還能積累專業英語表達；

3. 是橋梁而非終點：這本書的核心價值是幫你平穩過渡到自主研讀英文文獻的階段，而非替代原始文獻。通過這樣的方式，讀者們帶著已有的理解溯源經典，晦澀推導才能更易突破。

以書為階，從容入門

編寫過程中，我們常回望自己初學時的困惑與感悟，把那些“希望當初有人告知”的知識點、避坑點逐一寫進書中，始終抱著“后來者幫后來者”的初心落筆，少些說教、多些同行者的溫暖。

《冷原子物理與低維量子氣體》從不愿做書架上高不可攀的理論石碑，更想成為你手邊常看常新的實用指南：

·對于即將踏入領域的研究生，希望它成為系統學習的第一塊基石；

·對剛入課題組的科研新人，希望它搭建起理論與實驗的思維紐帶；

·對跨領域研究者，希望它化作一幅清晰完整的低維量子氣體“全景素描”。

歸根結底，這本書只想幫每一位有志探索冷原子世界的初學者，推開大門時多一分從容，少一分彷徨。

目前本書已出版一年，線上線下收獲了不少讀者的認可與反饋，這份肯定讓我倍感欣慰，也始終期待更多讀者交流探討、提出寶貴建議。能為熱愛的科研領域盡一份綿薄之力，既是榮幸，也是初心。

書名：冷原子物理與低維量子氣體

?♂? 作者：姚和朋，郭彥良等

內容簡介

本書內容結合了近三十年國內外冷原子領域研究熱點。前兩章回顧了近代冷原子物理的發展歷程，簡要地總結了冷原子領域的常用基礎知識。第三章至第七章，講解了一、二維量子氣體的基礎理論知識體系與常用模型，并介紹了一些當下領域內的熱門研究方向，如量子拓撲、多體局域化、量子渦旋等。第八章討論了冷原子系統如何為量子信息、精密測量等前沿熱點應用研究提供重要支持。

作者簡介

姚和朋，北京大學電子學院量子電子學研究所研究員、助理教授、博士生導師，海外高層次人才引進計劃青年項目入選者。主要研究領域是低維與跨維度冷原子系統中的新奇量子效應，準晶勢能中冷原子的量子相變，復雜光晶格冷原子系統中的量子調控，量子蒙特卡洛算法等前沿量子多體算法。在高水平期刊發表多篇學術論文，包括Science、Nature Physics、Science Advances、Physical Review Letters等，并長期擔任Physical Review Letters、Physical Review X Quantum等期刊的審稿人。

郭彥良，中國人民大學副教授、博士生導師，海外高層次人才引進計劃青年項目入選者。研究內容主要聚焦低維強關聯多體體系，圍繞量子混沌、非平衡動力學和新奇量子統計等。近年來，主導完成了多項突破性實驗：首次觀察多體動力學局域化、實現任意子關聯的直接測量、構建長壽命量子巨渦旋等。在高水平期刊發表15篇學術論文，其中以第一/通訊作者在 Nature、Science、Nature Physics、Science Advances、Physical Review Letters 等國際頂級期刊發表多篇成果。此外，以獨立PI身份獲批奧地利量子科學計劃“Quantum Science Austria”獎。除《冷原子物理與低維量子氣體》外，另撰寫青少年科普書《量子奇境環游記》，獲評中宣部“中國好書”（2025年8月）。