[论文解读] 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 7

一句话总结

本研究通过磁场调控的Feshbach共振，在量子简并的⁴⁰K费米气体中实现了p波Feshbach分子的制备与直接探测。通过施加正弦调制的磁场，作者测定了结合能与寿命，发现束缚态p波分子的寿命分别为1.0±0.1 ms（ml=±1）和2.3±0.2 ms（ml=0），且结合能随磁场在共振附近呈线性变化；准束缚态表现出受隧道效应限制的寿命，与多通道散射理论一致。

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.

研究动机与目标

• 通过磁场调控的Feshbach共振，在量子简并的⁴⁰K费米气体中实现并探测p波Feshbach分子。
• 测量p波分子的结合能与寿命随磁场偏离共振的依赖关系。
• 研究p波分子在共振两侧（束缚态与准束缚态）的行为，特别是离心势垒与多通道散射的作用。
• 将实验结果与双体理论模型进行比较，尤其关注偶极弛豫与碰撞效应导致的寿命抑制。

提出的方法

• 在量子简并状态下，将自旋极化的⁴⁰K费米气体制备于交叉光束光学驻波阱中，并沿z轴施加磁场。
• 利用正弦调制的磁场实现原子共振结合为p波分子，通过扫描调制频率以观测原子损失共振。
• 结合能从原子损失线型的共振频率中提取，线型呈现不对称性且宽度依赖于原子云能量。
• 通过磁场失谐探测束缚态（E<0）与准束缚态（E>0），并利用保持时间衰减序列测量寿命。
• 采用包含l=1与l=3分波的多通道散射计算，模拟准束缚态侧的隧穿速率与寿命。
• 通过在固定磁场下制备分子并测量不同保持时间下分子数密度的衰减，完成寿命测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在⁴⁰K原子的量子简并费米气体中制备并探测长寿命的p波Feshbach分子？
• RQ2 p波分子的结合能如何随Feshbach共振附近的磁场变化而变化？
• RQ3 p波分子在共振束缚侧与准束缚侧的寿命由什么因素决定？
• RQ4 多通道散射效应与偶极弛豫在多大程度上影响分子寿命？
• RQ5 理论模型能否准确预测p波Feshbach分子中观测到的寿命与线型不对称性？

主要发现

• p波分子的结合能随磁场线性变化，ml=0时斜率为188±2 kHz/G，ml=±1时为193±2 kHz/G。
• 束缚态p波分子的寿命为ml=±1时1.0±0.1 ms，ml=0时2.3±0.2 ms，在1 G失谐范围内结合能对寿命无显著影响。
• 在准束缚侧，寿命遵循τ∝E⁻³/²关系，与通过p波离心势垒的隧穿行为一致。
• 包含l=3分波的多通道散射计算比单通道模型更准确地再现准束缚态寿命，预测其寿命比单通道结果长约1.6倍。
• 测得的束缚态寿命短于理论预测值（ml=0时为8.7 ms，ml=1时为6.8 ms，ml=−1时为1.5 ms），表明可能存在碰撞损失或未被考虑的弛豫机制。
• 关联线型的不对称性与能量依赖宽度可归因于费米气体中碰撞能量的分布，与窄共振区域行为一致。