[论文解读] Effect of resonant interactions on the stability of a three-state Fermi gas

J. H. Huckans, Jason Williams+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2008

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 2

一句话总结

本研究调查了在三个Feshbach共振处，超冷$^6$Li原子的三组分自旋态费米气体中的三体损失。通过调节磁场，作者观察到损失速率变化超过四个数量级，当至少两个散射长度较小时损失最小，而在共振附近损失增强，包括两个出乎意料的共振特征。在接近$a_t = -2140 a_0$的高场区域，测得极低的三体损失系数$L_3 \simeq 5 \times 10^{-22} \, \text{cm}^6/\text{s}$，表明未来研究SU(3)对称体系（如颜色超流体和三子态形成）具有可行性。

ABSTRACT

We investigate the stability of a three spin state mixture of ultracold fermionic $^6$Li atoms over a range of magnetic fields encompassing three Feshbach resonances. For most field values, we attribute decay of the atomic population to three-body processes involving one atom from each spin state and find that the three-body loss coefficient varies by over four orders of magnitude. We observe high stability when at least two of the three scattering lengths are small, rapid loss near the Feshbach resonances, and two unexpected resonant loss features. At our highest fields, where all pairwise scattering lengths are approaching $a_t = -2140 a_0$, we measure a three-body loss coefficient $L_3 \simeq 5 imes 10^{-22} \mathrm{cm}^6/\mathrm{s}$ and a trend toward lower decay rates for higher fields indicating that future studies of color superfluidity and trion formation in a SU(3) symmetric Fermi gas may be feasible.

研究动机与目标

• 理解超冷$^6$Li原子三组分自旋态费米气体在不同磁场下的稳定性。
• 确定共振相互作用在涉及每种自旋态各一个原子的三体损失过程中的作用。
• 在多个Feshbach共振处测量三体损失系数，并识别出意外的损失特征。
• 评估在超冷费米气体中研究SU(3)对称现象（如颜色超流体和三子态形成）的可行性。

提出的方法

• 在$^6$Li费米气体中调节磁场，跨越三个Feshbach共振，以控制两两散射长度。
• 通过测量原子布居数衰减速率，推断三体损失系数。
• 分析损失动力学，识别来自每种自旋态各一个原子的三体过程的贡献。
• 利用所有两两散射长度趋近于$a_t = -2140 a_0$的高场区域，探测稳定性趋势。
• 将观测到的损失速率与理论预期进行比较，以识别出乎意料的共振损失特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在跨越三个Feshbach共振的磁场范围内，三体损失系数如何变化？
• RQ2 共振相互作用在增强或抑制三组分费米气体中三体衰减方面起什么作用？
• RQ3 为何在损失速率分布中出现两个出乎意料的共振损失特征？
• RQ4 在所有散射长度均为大而负值的高场区域，能否实现低三体损失速率？
• RQ5 该系统在多大程度上可接近适合研究颜色超流体和三子态形成的SU(3)对称条件？

主要发现

• 在所研究的磁场范围内，三体损失系数变化超过四个数量级。
• 当至少两个三组分两两散射长度较小时，观察到高稳定性，表明三体损失减少。
• 在三个Feshbach共振附近发生快速布居数衰减，与增强的三体过程一致。
• 识别出两个出乎意料的共振损失特征，偏离了对已知损失机制的简单外推。
• 在最高磁场区域，当所有散射长度趋近于$a_t = -2140 a_0$时，测得三体损失系数为$L_3 \simeq 5 \times 10^{-22} \, \text{cm}^6/\text{s}$。
• 在最高磁场区域观察到衰减速率随磁场强度增加而减小的趋势，表明未来SU(3)对称实验的稳定性将得到改善。