[論文レビュー] Coherent backscattering of a dilute Bose-Einstein condensate

G. Labeyrie, Tomasz Karpiuk+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2012

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、$^{87}$Rb原子の準二次元ボーズ＝アインシュタイン凝縮（BEC）が不規則な光学スパッターポテンシャルに注入された際の定常的バックスキャッタリングを調査する。時間飛行測定と数値シミュレーションを用いて、$-v_0$に顕著な密度ピークが観測され、これは定常的物質波輸送を確認するものである。一方で、初期波パケットの相関に起因するバックスキャッタリングエコーも明らかとなり、径方向統合によって定常的ピークが明確に分離され、不規則な媒質における定常的散乱の特徴としての意義が裏付けられる。

ABSTRACT

We study experimentally and numerically the quasi-bidimensional transport of a $^{87}$Rb Bose-Einstein condensate launched with a velocity $v_0$ inside a disordered optical potential (speckle). A time-of-flight analysis reveals a pronounced enhanced density peak in the direction $-v_0$. Numerical simulations indicate that in addition to the coherent effect, a backscattering echo effect is also present due to the high position-momentum correlations of the initial wave packet. A radial integration of the atomic distributions allows us to unambiguously observe the coherent peak, a direct signature of coherent transport of atomic matter waves in a scattering medium.

研究の動機と目的

• 希薄なボーズ＝アインシュタイン凝縮を用いて、不規則な媒質内における物質波の定常的輸送を調査すること。
• 初期波パケットの相関に起因する追加のエコー効果と区別して、定常的バックスキャッタリングを同定すること。
• 時間飛行イメージングと径方向統合技術を用いて、定常的バックスキャッタリングピークの実験的観測と定量的評価を行うこと。

提案手法

• $^{87}$Rbボーズ＝アインシュタイン凝縮を、レーザー・スパッター・パターンによって生成された準二次元不規則光学ポテンシャルに、明確な速度$v_0$で照射する。
• 時間飛行膨張を用いて原子の運動量分布をマッピングし、定常的散乱を示す密度ピークを明らかにする。
• 凝縮体のダイナミクスを数値的にシミュレートし、定常的バックスキャッタリングとエコー効果の寄与を特定する。
• 原子密度分布の径方向統合を適用して、背景およびエコー寄与から定常的バックスキャッタリングピークを分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 希薄なボーズ＝アインシュタイン凝縮が不規則な光学ポテンシャルを通過する際、定常的バックスキャッタリングが出現するか？
• RQ2 初期位置・運動量相関が波パケットに与える影響として、バックスキャッタリングエコー効果がどの程度寄与するか？
• RQ3 径方向統合による原子分布の統合を用いることで、エコー効果が存在する中でも定常的バックスキャッタリングピークを明確に同定できるか？

主な発見

• 時間飛行画像において、運動量$-v_0$に顕著な密度ピークが観測され、物質波の定常的バックスキャッタリングが直接示唆される。
• 数値的シミュレーションにより、初期波パケットの高い位置・運動量相関が、定常的ピークに重畳する明確なバックスキャッタリングエコー効果を生成することが判明した。
• 原子分布の径方向統合により、定常的バックスキャッタリングピークが成功裏に分離され、それが定常的輸送の強固な特徴であることが確認された。
• 実験データとシミュレーションの組み合わせにより、定常的バックスキャッタリングとエコー効果が共存していることが示され、特に運動量分布において定常的バックスキャッタリングが支配的であることが明らかになった。