[论文解读] Feshbach resonances in an ultracold $^7$Li and $^{87}$Rb mixture

C. Marzok, B. Deh+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2008

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 4

一句话总结

本研究报道在超冷 7Li–87Rb 混合系统中观测到五个 Feshbach 共振，其中两种原子均处于其 |1,1⟩ 超精细基态。通过阱内损失测量和基于高分辨率光谱势能数据的耦合通道计算，作者优化了异种原子间相互作用势能，并识别出在约 649 G 处存在一个极宽的共振，为未来量子气体和分子形成实验中的相互作用强度精确调控提供了可能。

ABSTRACT

We report on the observation of five Feshbach resonances in collisions between ultracold $^7$Li and $^{87}$Rb atoms in the absolute ground state mixture where both species are in their $|f,m_f>=|1,1>$ hyperfine states. The resonances appear as trap losses for the $^7$Li cloud induced by inelastic heteronuclear three-body collisions. The magnetic field values where they occur are important quantities for an accurate determination of the interspecies interaction potentials. Results of coupled channels calculations based on the observed resonances are presented and refined potential parameters are given. A very broad Feshbach resonance centered around 649 G should allow for fine tuning of the interaction strength in future experiments.

研究动机与目标

• 实验识别 7Li 和 87Rb 原子在绝对基态下的玻色-玻色混合系统中的 Feshbach 共振。
• 利用共振位置约束并优化 7Li–87Rb 系统长程原子间势能曲线。
• 基于从头计算势能数据，实现对其他超精细通道和同位素组合中 Feshbach 共振的精确预测。
• 通过提供精确的相互作用参数，支持未来在超冷分子形成和 Efimov 物理方面的实验研究。
• 通过引入新的光谱数据，解决先前理论模型与实验散射长度测量之间的不一致。

提出的方法

• 将超冷 7Li 和 87Rb 原子制备在磁光阱中，并通过 3.5 G 的磁偏置场转移至 Ioffe-Pritchard 磁阱中。
• 通过与 87Rb 的热化实现 7Li 的协同冷却，达到约 3 μK 的温度。
• 将原子转移至波长为 1064 nm 的交叉光束光阱中，阱深分别为 130 μK（Rb）和 44 μK（Li），从而实现长寿命的量子简并混合系统。
• 施加磁场扫频以扫描 Feshbach 共振，监测阱内损失率随磁场的变化以确定共振位置。
• 基于 Pashov 等人（2008）关于 Li+Rb 的 2s+5s 渐近态的傅里叶变换光谱数据，利用耦合通道计算推导势能曲线。
• 将理论预测与实验数据对比，以优化势能参数并解决与早期模型的不一致之处。

实验结果

研究问题

• RQ1 当 7Li 和 87Rb 均处于其 |1,1⟩ 超精细态时，7Li–87Rb 混合系统中的 Feshbach 共振位于何处？
• RQ2 观测到的共振位置如何约束异种原子势能曲线的长程部分？
• RQ3 在约 649 G 处的宽共振对超冷量子气体中相互作用的调控具有何种意义？
• RQ4 能否通过使用新的光谱势能数据，解决先前理论模型与实验散射长度测量之间的差异？
• RQ5 在 7Li–87Rb 系统中，哪些超精细通道最适于未来 Feshbach 共振研究，以区分相互竞争的理论模型？

主要发现

• 在 7Li–87Rb 混合系统中观测到五个 Feshbach 共振，其中四个根据其磁场位置明确归属为 s 波或 p 波特性。
• 在约 649 G 处识别出一个极宽的 Feshbach 共振，可在未来实验中实现相互作用强度的精细调控。
• 基于 Pashov 等人（2008）光谱数据的理论耦合通道计算显著提高了势能参数的准确性，解决了与早期模型的不一致。
• 7Li–87Rb 的三重散射长度为小的负值，表明在低磁场下相互作用为弱吸引力。
• 对其他超精细通道（如 |1,0⟩+|1,1⟩ 和 |1,-1⟩+|1,1⟩）的 Feshbach 共振进行了预测，模型 I 和 II 的预测结果总体一致，但 |1,1⟩+|1,0⟩ 通道除外。
• 649 G 处的共振需保持低原子密度以最小化非弹性损失并提高共振位置的确定精度，凸显其尽管存在展宽效应，仍具有重要的实验应用价值。