[論文レビュー] p-wave Feshbach molecules

John Gaebler, John T. Stewart+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2007

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、磁場調整によるフェシュバッハ共鳴を用いて、量子degenerateな 40K フェルミガスにおいて p 波フェシュバッハ分子の生成と直接検出を実証した。正弦波的に変調された磁場を用いて、結合エネルギーと寿命を測定したところ、束縛 p 波分子の寿命は ml=±1 の場合 1.0±0.1 ms、ml=0 の場合 2.3±0.2 ms であり、共鳴近傍で結合エネルギーが磁場に対して線形にスケーリングすることが判明した。準束縛状態では、トンネル過程に起因する寿命が多チャンネル散乱理論と整合的であった。

ABSTRACT

We have produced and detected molecules using a p-wave Feshbach resonance between 40K atoms. We have measured the binding energy and lifetime for these molecules and we find that the binding energy scales approximately linearly with magnetic field near the resonance. The lifetime of bound p-wave molecules is measured to be 1.0 +/- 0.1 ms and 2.3 +/- 0.2 ms for the m_l = +/- 1 and m_l = 0 angular momentum projections, respectively. At magnetic fields above the resonance, we detect quasi-bound molecules whose lifetime is set by the tunneling rate through the centrifugal barrier.

研究の動機と目的

• 磁場調整によるフェシュバッハ共鳴を用いて、量子degenerateな 40K フェルミガスにおいて p 波フェシュバッハ分子の生成と検出を行う。
• フェシュバッハ共鳴からの磁場デチューニング関数としての結合エネルギーと寿命を測定する。
• 共鳴の束縛状態および準束縛状態の両側における p 波分子の挙動を調査し、特に遠心力障壁と多チャンネル散乱の役割を明らかにする。
• 実験結果を二体理論モデルと比較し、特に双極子緩和と衝突効果による寿命の抑制の程度を検討する。

提案手法

• 量子degenerate状態のスピン偏極 40K フェルミガスを、交差するビーム光学ダイポールトラップに閉じ込め、z 軸方向に磁場を印加した。
• 正弦波的に変調された磁場を用いて、原子を p 波分子に共鳴的に結合させ、モード周波数をスキャンして原子損失共鳴を観測した。
• 結合エネルギーは、雲のエネルギー依存性を持つ非対称で幅の異なる損失ライン形状の共鳴周波数から抽出した。
• 磁場デチューニングを用いて、束縛状態（E<0）と準束縛状態（E>0）をプローブし、ホールド時間の減衰測定により寿命を測定した。
• 準束縛状態のトンネル率と寿命をモデル化するため、l=1 および l=3 の部分波を含む多チャンネル散乱計算を実施した。
• 寿命測定は、固定磁場で分子を生成し、変動するホールド時間における分子集団の減衰を測定することで行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長寿命の p 波フェシュバッハ分子は、40K 原子の量子degenerateフェルミガスにおいて生成され、検出可能か？
• RQ2 フェシュバッハ共鳴近傍における p 波分子の結合エネルギーは、磁場に対してどのように依存するか？
• RQ3 共鳴の束縛状態および準束縛状態の両側で、p 波分子の寿命はどのような要因によって決まるか？
• RQ4 多チャンネル散乱効果および双極子緩和は、分子寿命にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ5 理論モデルは、p 波フェシュバッハ分子の観測された寿命とライン形状の非対称性を正確に予測できるか？

主な発見

• p 波分子の結合エネルギーは磁場に対して線形にスケーリングし、ml=0 の場合の勾配は 188±2 kHz/G、ml=±1 の場合 193±2 kHz/G であった。
• 束縛状態の p 波分子の寿命は、ml=±1 の場合 1.0±0.1 ms、ml=0 の場合 2.3±0.2 ms であり、1 G のデチューニング範囲において結合エネルギーに顕著な依存性は認められなかった。
• 準束縛状態では、寿命が τ∝E−3/2 の依存性を示し、p 波遠心力障壁を通過するトンネル過程と整合的であった。
• l=3 部分波を含む多チャンネル散乱計算は、単一チャンネルモデルよりも準束縛状態の寿命をよりよく再現し、単一チャンネル結果に比べて 1.6 倍長い寿命を予測した。
• 測定された束縛状態の寿命は理論予測（ml=0 の場合 8.7 ms、ml=1 の場合 6.8 ms、ml=−1 の場合 1.5 ms）よりも短く、衝突損失や考慮されていない緩和メカニズムの可能性が示唆された。
• 結合共鳴ライン形状の非対称性およびエネルギー依存幅は、フェルミガス内の衝突エネルギー分布に起因し、狭い共鳴領域と整合的であった。