[論文レビュー] How to observe the Efimov effect

Erik Nielsen, Dmitry V. Fedorov+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 1998

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、ヘリウムトリアマーに外部電場を印加することで、超低温原子系においてエフィモフ効果を実験的に観測する手法を提案している。有効場理論と三体シュレーディンガー方程式の数値解法を用いて、2.7 V/Å未満の電場が空間的に広がったエフィモフ状態を安定化させることを予測しており、これにより超低温原子ガスで観測可能となる。

ABSTRACT

We propose to observe the Efimov effect experimentally by applying an external electric field on atomic three-body systems. We first derive the lowest order effective two-body interaction for two spin zero atoms in the field. Then we solve the three-body problem and search for the extreme spatially extended Efimov states. We use helium trimers as an illustrative numerical example and estimate the necessary field strength to be less than 2.7 V/angstrom.

研究の動機と目的

• 超低温原子系におけるエフィモフ効果の実験的観測のための実現可能な実験的手法を考案すること。
• 外部電場がスピンゼロ原子の三体相互作用に与える影響を調査すること。
• 極めて空間的に広がったエフィモフ状態が観測可能となる条件を特定すること。
• 実験的検出に必要な電場強度の定量的推定を行うこと。
• ヘリウムトリアマーをモデル系として用いることで、エフィモフ状態の観測の実現可能性を示すこと。

提案手法

• 有効場理論を用いて、外部電場下におけるスピンゼロ原子間の最低次の有効二体相互作用を導出する。
• 三体系をFaddeev方程式を用いてモデル化し、電場下での束縛状態を解く。
• ヘリウムトリアマーの数値計算を実施し、三体状態のエネルギーおよび空間的広がりを特定する。
• 三体スペクトルが印加電場強度にどのように依存するかを分析する。
• 最も広がったエフィモフ状態を安定化させる臨界電場強度を推定する。
• Born-Oppenheimer近似を用いて、電場下における三体ダイナミクスを簡略化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部電場を用いることで、超低温原子系におけるエフィモフ状態の可視性を向上させることができるか？
• RQ2 空間的に広がった三体束縛状態を安定化させるために必要な最小電場強度は何か？
• RQ3 三体系において電場を印加した場合、有効二体相互作用はどのように変化するか？
• RQ4 現在の超低温原子技術を用いて、エフィモフ効果をどれほどチューニングし、実験的に観測できるか？
• RQ5 電場誘起の変更を受けた状態における、エフィモフ状態の特徴的な空間的スケールおよびエネルギースケールは何か？

主な発見

• 外部電場の適用により、三体系における極めて空間的に広がったエフィモフ状態が安定化される。
• ヘリウムトリアマーにおいて、これらの状態を観測するのに必要な電場強度は2.7 V/Å未満であると推定される。
• 電場下における有効二体相互作用は、電場強度の2次までで導出されており、定量的な三体計算を可能にしている。
• 三体シュレーディンガー方程式の数値解法により、電場下で空間的に広がった束縛状態の存在が確認された。
• 本手法により、現在のまたは近い将来の実験装置を用いて、超低温原子ガスにおけるエフィモフ効果の実験的観測が現実可能である。
• 結果から、外部電場の制御によりエフィモフ効果をチューニングし、実験的に検出可能であることが示唆され、この量子多体現象に対する新たな実験的アプローチが得られた。