[論文レビュー] Visualizing the Efimov Physics in Bose Polarons

Mingyuan Sun, Hui Zhai+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2017

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、軽い不純物と重いボソンの間の大きな質量不均衡が、ボーズポラロン分光法におけるエフィモフ効果の観測可能なシグナチャーを生じさせ得ると提案している。三体効果を含む図式的ヴァイナル展開法を用いて、$^6$Li–$^{133}$Cs系において二つの明確に異なるエフィモフ分岐が予測され、それらが引力的ポラロン分岐とハイブリダイズ化する。これにより、多体系における少体相関を実験的に探る道筋が示される。

ABSTRACT

The Bose polaron is a quasi-particle of an impurity dressed by surrounding bosons. In few-body physics, it is known that two identical bosons and a third distinguishable particle can form a sequence of Efimov bound states in the vicinity of inter-species scattering resonance. On the other hand, in the Bose polaron system with an impurity atom embedded in many bosons, no signature of Efimov physics has been reported in the existing spectroscopy measurements up to date. In this work, we propose that a large mass imbalance between a light impurity and heavy bosons can help produce visible signatures of Efimov physics in such a spectroscopy measurement. Using the diagrammatic approach in the Virial expansion to include three-body effects from pair-wise interactions, we determine the impurity self-energy and its spectral function. Taking $^{6}$Li-$^{133}$Cs system as a concrete example, we find two visible Efimov branches in the polaron spectrum, as well as their hybridizations with the attractive polaron branch. We also discuss the general scenarios for observing the signature of Efimov physics in polaron systems. This work paves the way for experimentally exploring intriguing few-body correlations in a many-body system in the near future.

研究の動機と目的

• エフィモフ効果—通常は少体系で観察されるもの—が、多体系のボーズポラロン系においてどのような条件下で出現するかを特定すること。
• 現在のボーズポラロン分光測定においてエフィモフ効果の実験的シグナチャーが欠如しているという問題に対処すること。
• 不純物とバスターパーティクルの間の質量不均衡が、多体系における三体相関の検出可能性をどのように向上させるかを調査すること。
• ポラロン像における不純物自己エネルギー内に三体効果を捉える理論的枠組みを構築すること。

提案手法

• 二体間相互作用からの三体相関を体系的に取り入れるために、ヴァイナル展開における図式的アプローチを採用する。
• 図式的再結合技術を用いて三体効果を組み込んだ不純物自己エネルギーを計算する。
• 自己エネルギーからスペクトル関数を導出し、クーパー準粒子分岐（エフィモフ状態およびポラロン状態を含む）を特定する。
• 大質量比を持つ具体的な例として、$^6$Li–$^{133}$Cs系にこの形式を適用する。
• スペクトル関数におけるエフィモフ分岐と引力的ポラロン分岐のハイブリダイズ化を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エフィモフ効果は、過去の分光測定においてそのようなシグナチャーが確認されていないにもかかわらず、ボーズポラロン系で実験的に観測可能だろうか？
• RQ2 不純物とバスターパーティクルの間の大きな質量不均衡は、ポラロンスペクトルにおけるエフィモフ的特徴の出現にどのように影響するか？
• RQ3 三体相関は、散乱共鳴付近におけるボーズポラロンのスペクトル関数の形状に、どのような役割を果たすか？
• RQ4 多体系効果の下で、エフィモフ分岐と標準的な引力的ポラロン分岐はどのように相互作用するか？

主な発見

• 強い三体相関の結果、$^6$Li–$^{133}$Csボーズポラロン系のスペクトル関数に二つの明確なエフィモフ分岐が出現する。
• 質量不均衡が大きいことで、エフィモフ分岐が分光法で観測可能となり、検出感度が向上する。
• エフィモフ分岐は引力的ポラロン分岐とハイブリダイズ化し、スペクトル応答に顕著なシフトおよび分裂を引き起こす。
• 図式的ヴァイナル展開法は、標準的なポラロン的取り扱いでは見逃されがちな三体効果を効果的に捉えている。