[論文レビュー] Excitations of Bose condensates in optical lattices

K. Braun-Munzinger, Jacob Dunningham+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2002

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、超流動体-絶縁体転移付近における光学格子内のボーズ＝アインシュタイン凝縮体における原子励起状態を、格子の傾きを加えた後の原子数分散を用いて、秩序の変化を頑健にプローブする手法で調査している。この手法は、整数倍格子と非整数倍格子の両方において秩序の変化を信頼性高く検出でき、スペクトル的特徴および励起ダイナミクス依存性の変化から、原子の振る舞いに関する新たな知見が得られる。

ABSTRACT

In this paper we examine the excitations observable in atoms confined in an optical lattice around the superfluid-insulator transition. We use increases in the number variance of atoms, subsequent to tilting the lattice as the primary diagnostic of excitations in the lattice. We show that this locally determined quantity should be a robust indicator of coherence changes in the atoms observed in recent experiments. This was found to hold for commensurate or non-commensurate fillings of the lattice, implying our results will hold for a wide range of physical cases. Our results are in good agreement with the quantitative factors of recent experiments. We do, howevers, find extra features in the excitation spectra. The variation of the spectra with the duration of the perturbation also turns out to be an interesting diagnostic of atom dynamics.

研究の動機と目的

• 超流動体-絶縁体転移付近における超低温原子の秩序変化を特定する信頼性の高い実験的診断法を同定すること。
• 整数倍格子と非整数倍格子を含む、さまざまな格子充填率において、原子数分散が診断として頑健であるかを評価すること。
• 理論的予測と最近の実験データにおける励起スペクトルを比較すること。
• 実験で報告されたものとは異なる、励起スペクトルの追加的特徴を同定すること。
• 摂動の持続時間が観測される励起ダイナミクスに与える影響を調査すること。

提案手法

• 光学格子の急激な傾きを加えた後の原子数分散を測定し、励起ダイナミクスをプローブすること。
• 多数体系における位相秩序の変化を局所的診断として、分散を用いること。
• さまざまな充填率において励起スペクトルを予測する理論的分析を適用すること。
• 励起スペクトルが格子の傾き摂動の持続時間に依存する様子を分析すること。
• 理論的予測と最近の研究からの定量的実験データを比較すること。
• 一般性を検証するため、整数倍格子と非整数倍格子の両方の状況に分析を拡張すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 格子の傾きを加えた後の原子数分散は、超低温原子における秩序の診断にどのように機能するか？
• RQ2 原子数分散プローブは、非整数倍格子を含むさまざまな格子充填率においても頑健か？
• RQ3 実験で観測されたものとは異なる、励起スペクトルにどのような新たな特徴が現れるか？
• RQ4 格子の傾きの持続時間は、観測される励起ダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ5 理論的予測は、最近の実験測定とどの程度一致するか？

主な発見

• 格子の傾きを加えた後の原子数分散は、超流動体-絶縁体転移付近における超低温原子の秩序変化を頑健に示す指標である。
• この診断法は、整数倍格子と非整数倍格子の両方において有効に機能する。
• 実験で以前に報告されていなかった、励起スペクトルに追加の特徴が観測された。
• 摂動の持続時間に応じた励起スペクトルの変化は、原子ダイナミクスを高感度でプローブする手段となる。
• 理論的予測は、最近の実験データと良好な定量的整合性を示している。
• 本手法は、超低温量子系における多数体秩序を研究するための信頼性の高い局所的プローブを提供する。