[論文レビュー] Three-body decay of a rubidium Bose-Einstein condensate

J. Soding, David Guéry-Odelin+4 more|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|Nov 24, 1998

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

ひとこと要約

本研究では、ルビジウム-87ボーズ・アインシュタイン凝縮（BEC）の三体崩壊を、F = m_F = 2ハイパーフィン構造で調査し、16秒間にわたり2×10¹⁴から7×10¹³ cm⁻³のピーク密度を変化させた条件下で崩壊率を測定した。著者らは三体崩壊率定数L = 1.8 (±0.5)×10⁻²⁹ cm⁶s⁻¹を決定し、この密度領域では二体スピン・ダイポール緩和の寄与が無視できるほど小さく、支配的である三体過程であることを確認した。

ABSTRACT

We have measured the three-body decay of a Bose-Einstein condensate of rubidium ($^{87}$Rb) atoms prepared in the doubly polarized ground state $F=m_F=2$. Our data are taken for a peak atomic density in the condensate varying between $2 imes 10^{14}$ cm$^{-3}$ at initial time and $7 imes 10^{13}$ cm$^{-3}$, 16 seconds later. Taking into account the influence of the uncondensed atoms onto the decay of the condensate, we deduce a rate constant for condensed atoms $L=1.8 (\pm 0.5) imes 10^{-29}$ cm$^{6} $s$^{-1}$. For these densities we did not find a significant contribution of two-body processes such as spin dipole relaxation.

研究の動機と目的

• ⁸⁷Rbボーズ・アインシュタイン凝縮がF = m_F = 2状態にある際の三体崩壊ダイナミクスを測定すること。
• 実験的に達成可能な原子密度下での三体崩壊の率定数を定量化すること。
• スピン・ダイポール緩和などの二体過程が、全体の凝縮体損失に与える寄与を評価すること。
• 非凝縮原子の影響が凝縮体の崩壊力学に及ぼす要因を考慮すること。

提案手法

• 実験では、二重に偏極されたF = m_F = 2ハイパーフィン状態に準備された⁸⁷Rb BECを用いる。
• 原子密度を時間経過とともに測定し、ピーク密度を16秒間にわたり2×10¹⁴ cm⁻³から7×10¹³ cm⁻³に低下させる。
• 凝縮体分率の時間変化をフィッティングすることで崩壊率を分析し、熱的非凝縮原子の効果を組み込む。
• 三体再結合を含む理論モデルに観測された崩壊ダイナミクスをフィッティングすることで、三体損失率定数Lを抽出する。
• 二体過程の寄与を評価するため、観測された損失とスピン・ダイポール緩和モデルの予測を比較する。
• 密度依存効果を考慮し、凝縮体および熱的雲に対して平均場記述を仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験的に関連のある密度領域において、F = m_F = 2状態の⁸⁷Rb BECの三体崩壊率定数は何か？
• RQ2 スピン・ダイポール緩和などの二体過程が、観測された凝縮体損失にどの程度寄与しているか？
• RQ3 非凝縮熱的原子は、凝縮体の崩壊ダイナミクスにどのように影響を与えるか？
• RQ4 測定された密度領域では、三体崩壊過程が二体過程よりも支配的であるか？
• RQ5 観測された崩壊は、三体再結合モデルによって定量的に記述可能か？

主な発見

• F = m_F = 2状態の⁸⁷Rb BECにおける三体崩壊率定数は、L = 1.8 (±0.5)×10⁻²⁹ cm⁶s⁻¹として測定された。
• 観測された崩壊ダイナミクスは、二体スピン・ダイポール緩和による寄与が顕著でない、支配的である三体再結合過程と整合的である。
• 凝縮体密度は16秒間にわたり2×10¹⁴ cm⁻³から7×10¹³ cm⁻³に低下し、顕著な損失率を示した。
• 非凝縮熱的原子の影響は分析において明示的に考慮され、精度が向上した。
• 測定可能な二体損失が認められないことから、これらの実験条件下ではスピン・ダイポール緩和が無視できるほど小さいことが示された。
• 結果は、高密度で二重に偏極された⁸⁷Rb BECにおいて三体再結合が支配的であるという理論的予想を支持している。