[論文レビュー] Rapid Adiabatic Passage from an Atomic to a Molecular Condensate

Matt Mackie, Andrew Carmichael+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2002

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

ひとこと要約

この論文は、85RbにおけるFeshbach共鳴子を通過する磁場スイープの方向を逆転させることで、支配的であるはずのローグ解離を克服し、原子Bose-Einstein凝縮体（BEC）から分子BECへの急速な断熱的遷移を実現できることを示している。この直感に反する結果は、解離チャネルを閉じる（高磁場から低磁場へ）スイープでは断熱的遷移が分子凝縮体へ可能であるのに対し、逆方向のスイープでは非凝縮原子対を介した損失が生じるため生じる。

ABSTRACT

We examine collective magnetoassociation of a Bose-Einstein condensate (BEC), focusing on rapid adiabatic passage from atoms to molecules induced by a sweep of the magnetic field across a wide (>~ 10 G) Feshbach resonance in 85Rb. This problem raises an interest because strong magnetoassociation is expected to favor the creation of molecular-dissociated atom pairs over the formation of molecular BEC [Javanainen and Mackie, Phys. Rev. Lett. 88, 090403 (2002)]. Nevertheless, the conversion to atom pairs is found to depend on the direction of the sweep, so that a system initially above threshold (open dissociation channel) may in fact give near-complete conversion to molecules.

研究の動機と目的

• 磁場スイープ中に支配的となるローグ解離のため、長年にわたり効率の悪い分子BEC生成が継続する85Rbにおけるこの長年の課題を解決すること。
• Feshbach共鳴子を通過する磁場スイープの方向が、一貫した原子-分子変換効率に与える影響を調査すること。
• ボーズ強化、非凝縮モード、エネルギー依存性結合を組み込んだ洗練された平均場モデルを構築し、実験的不審な現象を説明すること。
• 実用的で非対称な二段階プロトコル（142 G へ高速スイープ、172 G へゆっくり戻す）を提案し、強固な分子BEC生成を実現すること。

提案手法

• モデルには、原子凝縮体（α）、分子凝縮体（β）、非凝縮原子対（C(ε), P(ε)）を含み、エネルギー依存性結合を組み込んだ平均場モデルを採用している。
• 分子から非凝縮モードへの遷移においてボーズ強化を組み込み、分子-原子対結合におけるエネルギーの徐々な高エネルギー端末関数 f(ε) を導入している。
• 時間発展を表す主要な方程式は、Rabi結合 Ω とデチューニング δ0 を持つ、結合されたシュレーディンガー型方程式で記述される。
• 分子凝縮体の形成が一貫的であると仮定し、ドレッシング固有状態を通じて非凝縮モードが動的に結合されているとみなしている。
• 理論的予測は、Claussen ら [14] の実験データと照合され、衝突によるデコherence とクエンチングを現象論的にモデル化することで、一致を高めている。
• 非対称プロトコルを提案：142 G へ高速スイープ（最小損失）、その後 172 G へゆっくり戻すことで、分子BECへの断熱的遷移を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Feshbach共鳴子を通過する磁場スイープの方向が、85Rbにおける原子BECから分子BECへの一貫した変換効率を制御できるか？
• RQ2 なぜ高磁場から低磁場へのスイープ（解離チャネルを閉じる）では分子BEC生成が可能であるのに対し、逆方向スイープでは損失が生じるのか？
• RQ3 強い結合系における原子-分子系のダイナミクスにおいて、分子が非凝縮原子対へと解離するローグ解離がなぜ支配的になるのか？
• RQ4 非凝縮状態にドレッシングされた状態を介して、解離した原子が分子凝縮体へ戻る際にボーズ強化が果たす役割は何か？
• RQ5 二段階の磁場プロトコルが、標準的な単一パルススイープの制限を克服できるか？

主な発見

• 高磁場から低磁場へ（162 G → 132 G）のスイープ方向を逆転させることで、標準的な二モードモデルとは反して、分子BECへの急速な断熱的遷移が可能である。
• その主要なメカニズムは、解離チャネルを閉じるスイープが、負エネルギーのドレッシング分子状態への断続的進化を可能にし、それが純粋な分子凝縮体へと進化することにある。
• 衝突によるデコherence とクエンチングを現象論的に組み込むことで、理論的シミュレーションと実験データの間に良好な一致が得られたが、普遍的な微視的モデルは未だ不明である。
• 提案された非対称プロトコル（142 G へ高速スイープ、その後 172 G へゆっくり戻す）は、初期損失を最小限に抑えつつ、効率的な分子BEC生成を実現している。
• モデルは、解離チャネルが共鳴子後に閉じられる限り、強いローグ解離が存在しても分子BEC生成が可能であることを確認している。
• この研究では、相互作用時間の増加に伴い凝縮体損失が減少する直感に反する観察を解明し、それが非凝縮原子対にドレッシングされた原子凝縮体と分子凝縮体の間のラーマン型振動（Ramsey-like oscillations）の兆候であると特定した。