[論文レビュー] Scattering properties of weakly bound dimers of fermionic atoms

D. S. Petrov, D. S. Petrov+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2004

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 55被引用数 21

ひとこと要約

本稿は、Feshbach共鳴付近の超低温二成分フェルミ系における弱い結合状態の二体分子の弾性散乱および非弾性散乱を分析するためのゼロ範囲理論的枠組みを構築する。非弾性散乱率はパウリ抑制によって極めて小さく、この分子の高い衝突安定性を説明している。

ABSTRACT

We consider weakly bound diatomic molecules (dimers) formed in a two-component atomic Fermi gas with a large positive scattering length for the interspecies interaction. We develop a theoretical approach for calculating atom-dimer and dimer-dimer elastic scattering and for analyzing the inelastic collisional relaxation of the molecules into deep bound states. This approach is based on the single-channel zero range approximation, and we find that it is applicable in the vicinity of a wide two-body Feshbach resonance. Our results draw prospects for various interesting manipulations of weakly bound dimers of fermionic atoms.

研究の動機と目的

• 大きな正の散乱長を有する超低温二成分フェルミ系において形成される弱い結合状態の二体分子の散乱特性を理解すること。
• ゼロ範囲近似における弾性原子-分子散乱および分子-分子散乱を分析すること。
• 分子が深く結合した状態へ移行する非弾性衝突緩和を調査し、特に抑制機構を解明すること。
• 広帯域Feshbach共鳴付近におけるゼロ範囲モデルの適用可能性を確立すること。
• 強い相互作用を示すフェルミ系系における弱い結合状態の二体分子の制御の理論的基盤を提供すること。

提案手法

• r → 0 におけるBethe-Peierls境界条件を用いて、二体問題に対するゼロ範囲近似を適用する。
• 三体系にゼロ範囲形式を拡張し、原子-分子散乱を記述する。
• 四体系に対してゼロ範囲近似を用いて分子-分子散乱断面積を導出する。
• 散乱断面積の虚部を計算して、非弾性緩和率を定量化する。
• 特異性を扱うためにグリーン関数法と主値積分を用いる。
• 大きな散乱長を持つ系の普遍的挙動に依存し、kRe ≪ 1 および |a| ≫ Re の条件下で有効である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゼロ範囲極限における原子-分子衝突の弾性散乱断面積はいかほどか？
• RQ2 弱い結合状態の二体分子に対してゼロ範囲近似における分子-分子散乱長は何か？
• RQ3 分子が深く結合した状態へ移行する非弾性衝突緩和はどの程度顕著か？
• RQ4 原子-分子および分子-分子衝突における分子緩和の抑制の物理的起源は何か？
• RQ5 広帯域Feshbach共鳴付近において、ゼロ範囲近似が弱い結合状態の二体分子を記述するのにどの程度有効か？

主な発見

• ゼロ範囲近似において、分子-分子散乱長は 0.6a であると予測される。
• 散乱断面積の虚部（非弾性緩和に対応）は極めて小さいことが判明した。
• 最高の振動-回転状態にある弱い結合状態の二体分子は、パウリ抑制のおかげで顕著な衝突安定性を示す。
• 緩和の抑制は、少なくとも2つの同じフェルミ粒子が小さな運動量で密接に接近する必要があるが、これはパウリ排他原理によって禁じられているため生じる。
• ゼロ範囲近似は、n|a|³ >∼1 が成り立つ広帯域二体Feshbach共鳴付近で適用可能である。
• 理論的枠組みは、超低温フェルミ系実験における弱い結合状態の二体分子の制御の基盤を提供する。