[論文レビュー] Feshbach resonances in an ultracold $^7$Li and $^{87}$Rb mixture

C. Marzok, B. Deh+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2008

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、両方の種がその|1,1⟩ハイペルフィン基底状態に存在する超低温7Li–87Rb混合系において、5つのフェシュバッハ共鳴を観測した。トラップ損失測定と高分解能分光的ポテンシャルデータに基づく結合チャネル計算を用いて、研究者たちは相互作用ポテンシャルを精緻化し、649 G付近に非常に広い共鳴が存在することを特定した。これにより、将来の量子ガスおよび分子形成実験における相互作用強度の精密な調整が可能になる。

ABSTRACT

We report on the observation of five Feshbach resonances in collisions between ultracold $^7$Li and $^{87}$Rb atoms in the absolute ground state mixture where both species are in their $|f,m_f>=|1,1>$ hyperfine states. The resonances appear as trap losses for the $^7$Li cloud induced by inelastic heteronuclear three-body collisions. The magnetic field values where they occur are important quantities for an accurate determination of the interspecies interaction potentials. Results of coupled channels calculations based on the observed resonances are presented and refined potential parameters are given. A very broad Feshbach resonance centered around 649 G should allow for fine tuning of the interaction strength in future experiments.

研究の動機と目的

• 7Liと87Rb原子の両方がその絶対的基底状態にあるボーズ＝ボーズ混合系におけるフェシュバッハ共鳴を実験的に同定すること。
• 共鳴位置を用いて、7Li–87Rb系の長距離原子間ポテンシャル曲線を制約および精緻化すること。
• ab initioポテンシャルデータを用いて、他のハイペルフィンチャンネルおよび同位体組み合わせにおけるフェシュバッハ共鳴の正確な予測を可能にすること。
• 正確な相互作用パラメータを提供することで、将来の超低温分子形成およびエフゼンフ理論の実験を支援すること。
• 新しい分光的データを組み込むことで、過去の理論モデルと実験的散乱長測定との不一致を解消すること。

提案手法

• 超低温7Liおよび87Rb原子を磁気光トラップで準備し、3.5 Gの磁場オフセットを持つイェッフェ＝プリチャード磁気トラップに移行させた。
• 7Liの共鳴冷却は87Rbとの熱化によって達成され、約3 μKの温度にまで冷却された。
• 1064 nmの交差ビームダイポールトラップに原子を移行させ、Rbでは130 μK、Liでは44 μKのトラップ深さを実現し、長寿命の量子デジェネレート混合系を可能にした。
• 磁場スイープを適用してフェシュバッハ共鳴を走査し、トラップ損失率を磁場関数としてモニタリングすることで、共鳴位置を同定した。
• Pashovら（2008年）のフォーリエ変換分光法データに基づくポテンシャル曲線を用いて、結合チャネル計算を実施した（Li+Rbの2s+5s漸近状態）。
• 理論的予測を実験データと比較して、ポテンシャルパラメータを精緻化し、以前のモデルとの不一致を解消した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 両方の種が|1,1⟩ハイペルフィン状態にある7Li–87Rb混合系において、フェシュバッハ共鳴はどこに位置するか？
• RQ2 観測された共鳴位置は、相互作用ポテンシャル曲線の長距離部分をどのように制約するか？
• RQ3 649 G付近の広い共鳴が、超低温量子ガスにおける相互作用の調整に果たす意義は何か？
• RQ4 新しい分光的ポテンシャルデータを用いることで、過去の理論モデルと実験的散乱長測定との不一致を解消できるか？
• RQ5 7Li–87Rb系におけるどのハイペルフィンチャンネルが、競合する理論モデルを区別するための将来的なフェシュバッハ共鳴研究に最も適しているか？

主な発見

• 5つのフェシュバッハ共鳴が7Li–87Rb混合系で観測され、そのうち4つは磁場位置に基づきs波またはp波の性質を明確に割り当てた。
• 649 G付近に非常に広いフェシュバッハ共鳴が特定され、将来的な実験における相互作用強度の微調整が可能になった。
• Pashov ら（2008年）の分光的データに基づく理論的結合チャネル計算により、ポテンシャルパラメータの精度が著しく向上し、過去のモデルとの不一致が解消された。
• 7Li–87Rbの三重散乱長は小さく負であり、低磁場領域での弱い引力的相互作用を示している。
• 他のハイペルフィンチャンネル（例：|1,0⟩+|1,1⟩および|1,-1⟩+|1,1⟩）におけるフェシュバッハ共鳴の予測がなされ、モデルIおよびIIの予測は概ね一致したが、|1,1⟩+|1,0⟩チャンネルを除いては不一致が見られた。
• 649 Gの共鳴は、非弾性損失を最小限に抑えるために低原子密度を要し、共鳴位置の特定を向上させるが、その広がりの影響を受ける。このため、実験的有用性は高いが、注意が必要である。