为超冷原子初学者递上一把入门钥匙：《冷原子物理与低维量子气体》作者浅谈

冷原子物理、玻色爱因斯坦凝聚、低维量子气体、拓扑绝缘体、量子涡旋、超流-绝缘相变，这些看似遥远的物理名词，实则早已随着现代物理的飞速发展，成为解读非平衡动力学、多体量子效应及拓扑物态的核心研究平台。这个充满活力的领域，正持续重塑我们对量子世界的认知边界，同时也藏着无数值得我们探索的科研奥秘。

但只有真正踏入这一领域的人才懂：入门的第一步，往往是最磨人的。回望研究生阶段，我刚接触冷原子物理的时侯，相关中文书目就十分有限，复杂的物理原理、艰深的理论教材再加上全英文文献，多重压力下，学习过程格外吃力。

但正因为亲历过这份迷茫与艰难，《冷原子物理与低维量子气体》才有了存在的意义。这本书不刻意追求高深晦涩的理论堆砌，也不想做遥不可及的学术典籍，更愿化作一束温暖的手电光，照亮冷原子世界的入门之路，陪伴读者走过最初、也是最关键的探索阶段。

一本从“理解”出发的入门指南

本书由北京大学姚和朋老师与我一起牵头撰写，部分章节特邀王波涛、姚智斌老师联合执笔，也请教了很多国内外的青年同行朋友。我们的初衷很朴素：为初次涉足冷原子领域的学习者，打磨一本“好读、能用、易懂”的中文入门读物。

内容编排上，本书从三维量子气体切入，逐步延伸至一维、二维系统的物理现象、核心模型与相变规律，后续还拓展了旋转气体、涡旋晶格及精密测量等前沿方向。我们不拘泥于固化框架，而是始终以“初学者能轻松跟上”为核心线索，力求每一处知识递进都贴合认知节奏，让理解过程自然顺畅。

它不贪多求全灌输知识点，而是更侧重搭建清晰的“认知地图”，带着读者逐步厘清核心疑问：

· 超冷原子的基础理论和实验体系为何？

· 低维体系的特殊性究竟源于何处？

· 不同维度下量子相变背后藏着怎样的底层物理逻辑？

· 冷原子平台如何将抽象理论转化为可落地的实验？

一份来自实验室的“陪伴式”参考

比起不少偏重纯理论推演的教材，我们更希望这本书足够“接地气”，多些实验视角的温度与实用性。

作为实验部分的主要执笔人，我在介绍核心模型与研究方法时，会特意标注哪些已实现实验验证、哪些仍处于理论预言阶段，也会直面领域内尚未攻克的关键难题——既帮刚进课题组的同学打通理论公式与实验现象的壁垒，也助力大家逐步培养专属的物理直觉。

我们始终期待，这本书能成为读者们科研路上默默陪伴的朋友与可靠的伙伴：

不用包揽所有问题的答案，却能在你卡壳时提供新的解读视角；不用覆盖全部知识点，却能在你迷茫时，唤醒公式背后的物理图像；更能在你需要快速复盘时，成为手边易翻易用的中文参考。

给读者的3个实用阅读建议

如果你是刚接触冷原子领域的初学者，不妨试试这些阅读方法，能帮自己更快上手：

1. 先读图、再读文：每章插图与图注都凝结了核心精髓，先通过图像建立基础物理认知，带着预判读正文，理解会更深刻；

▲右图为《冷原子物理与低维量子气体》书中插图，左图为书中插图对应的英文文献来源

2. 先中文、再英文：先靠书中中文叙述吃透核心逻辑与整体框架，再带着清晰认知查阅引用的原始文献，避免零基础硬啃英文的盲目感，既能补充细节、修正偏差，还能积累专业英语表达；

3. 是桥梁而非终点：这本书的核心价值是帮你平稳过渡到自主研读英文文献的阶段，而非替代原始文献。通过这样的方式，读者们带着已有的理解溯源经典，晦涩推导才能更易突破。

以书为阶，从容入门

编写过程中，我们常回望自己初学时的困惑与感悟，把那些“希望当初有人告知”的知识点、避坑点逐一写进书中，始终抱着“后来者帮后来者”的初心落笔，少些说教、多些同行者的温暖。

《冷原子物理与低维量子气体》从不愿做书架上高不可攀的理论石碑，更想成为你手边常看常新的实用指南：

·对于即将踏入领域的研究生，希望它成为系统学习的第一块基石；

·对刚入课题组的科研新人，希望它搭建起理论与实验的思维纽带；

·对跨领域研究者，希望它化作一幅清晰完整的低维量子气体“全景素描”。

归根结底，这本书只想帮每一位有志探索冷原子世界的初学者，推开大门时多一分从容，少一分彷徨。

目前本书已出版一年，线上线下收获了不少读者的认可与反馈，这份肯定让我倍感欣慰，也始终期待更多读者交流探讨、提出宝贵建议。能为热爱的科研领域尽一份绵薄之力，既是荣幸，也是初心。

书名：冷原子物理与低维量子气体

‍♂️ 作者：姚和朋，郭彦良等

内容简介

本书内容结合了近三十年国内外冷原子领域研究热点。前两章回顾了近代冷原子物理的发展历程，简要地总结了冷原子领域的常用基础知识。第三章至第七章，讲解了一、二维量子气体的基础理论知识体系与常用模型，并介绍了一些当下领域内的热门研究方向，如量子拓扑、多体局域化、量子涡旋等。第八章讨论了冷原子系统如何为量子信息、精密测量等前沿热点应用研究提供重要支持。

作者简介

姚和朋，北京大学电子学院量子电子学研究所研究员、助理教授、博士生导师，海外高层次人才引进计划青年项目入选者。主要研究领域是低维与跨维度冷原子系统中的新奇量子效应，准晶势能中冷原子的量子相变，复杂光晶格冷原子系统中的量子调控，量子蒙特卡洛算法等前沿量子多体算法。在高水平期刊发表多篇学术论文，包括Science、Nature Physics、Science Advances、Physical Review Letters等，并长期担任Physical Review Letters、Physical Review X Quantum等期刊的审稿人。

郭彦良，中国人民大学副教授、博士生导师，海外高层次人才引进计划青年项目入选者。研究内容主要聚焦低维强关联多体体系，围绕量子混沌、非平衡动力学和新奇量子统计等。近年来，主导完成了多项突破性实验：首次观察多体动力学局域化、实现任意子关联的直接测量、构建长寿命量子巨涡旋等。在高水平期刊发表15篇学术论文，其中以第一/通讯作者在 Nature、Science、Nature Physics、Science Advances、Physical Review Letters 等国际顶级期刊发表多篇成果。此外，以独立PI身份获批奥地利量子科学计划“Quantum Science Austria”奖。除《冷原子物理与低维量子气体》外，另撰写青少年科普书《量子奇境环游记》，获评中宣部“中国好书”（2025年8月）。