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Phys.Rev.Lett.|平面碱金属玻色气体中超精细钟态之间的磁偶极相互作用

编译者:Precisionatom 2020发布时间:2021-3-5点击量:1294 来源栏目:研究进展

由于人们可以精密控制原子间的相互作用,量子原子气体成为了研究多体物理的一个独特的系统。通常,在这些气体达到超低温状态后,s波散射长度描述的相互作用占主导地位。在最近一些年,非局域相互作用势已经加入到量子气体工具箱的一部分。长程相互作用由于囚禁原子的光腔能够被调节。电偶极-偶极相互作用已经通过里德堡电子态的原子激发来实现了。在基态有着大磁矩的原子,例如C、 Er或者Dy,为探索磁偶极-偶极相互作用(MDDIs)提供了可能。

对于很多冷原子实验使用的碱金属原子,磁矩被限制约小于1个玻尔磁矩(μ_B)。在很多情况下,MDDIs对原子特性没有明显的效应。然而,人们探索到一些途径证明对于这些原子种类MDDIs有作用。第一个途径是利用Feshbach共振来消除s波散射长度以至于MDDIs能占据主要地位。第二个可能是利用多组分(或旋量)气体中的原子基态。人们可以利用不同散射长度的概率归一化,当其发生时,自旋依赖的接触相互作用比不依赖自旋的相互作用要弱很多,因此MDDIs能够发挥重要作用,例如在自旋织构的产生和磁振子谱。在至今为止多组分研究的例子中,每一种组分拥有非零的磁矩,能产生一个影响其自身动力学的磁场,同时也对其他组分的动力学产生影响。

2020年12月,法国高等师范学院 Laboratoire Kastler Brossel实验室的Beugnon J.研究组在《物理评论快报》上发表题为“Magnetic dipolar interaction between hyperfine clock states in a planar Alkali Bose gas”的文章。他们在文章中研究了一个还未被探索的内容,其MDDIs能够显著影响两组分碱金属原子气体的物理特性。研究对象是87Rb两个超精细态(被称为超精细钟跃迁的├ ├|1┤⟩≡ ├ ├|F=1,┤ m_z=0⟩和├ ├|2┤⟩≡ ├ ├|F=2,┤ m_z=0⟩)的叠加态,其量子化轴是和均匀外磁场一致的。对于这两个态之一的单组份气体来说,由于对称性,平均磁场为零,MDDIs没有作用。然而,当原子同时处于这两个态时,结果显示它们之间的磁相互作用是非零的,对应的MDDIs显著地修改了钟跃迁频率的位置。这表明两个这样的无磁态的混合展现了可比于同样原子元素钟其他塞曼能态所预期的磁偶极-偶极相互作用。利用高分辨率光谱技术,作者也研究了这些相互作用的有效各向同性和扩展特性,并且证明了它们的可调性。

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