[论文解读] Magnetic Feshbach resonances in collisions of $^{23}$Na$^{40}$K with $^{40}$K

Xinyao Wang, Matthew D. Frye+9 more|Durham Research Online (Durham University)|Mar 12, 2021

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 45被引用 5

一句话总结

本研究在超冷 23Na⁴⁰K–⁴⁰K 碰撞中报告了超过 80 个磁 Feshbach 共振，将低场共振归因于三原子复合物的简单、长程束缚态，其中原子和分子量子数近似守恒。这些共振态并非混沌的短程态，挑战了此前关于原子-分子散射中密集短程态森林的预测。

ABSTRACT

We present measurements of more than 80 magnetic Feshbach resonances in collisions of ultracold $^{23}$Na$^{40}$K with $^{40}$K. We assign quantum numbers to a group of low-field resonances and show that they are due to long-range states of the triatomic complex in which the quantum numbers of the separated atom and molecule are approximately preserved. The resonant states are not members of chaotic bath of short-range states. Similar resonances are expected to be a common feature of alkali-metal diatom + atom systems.

研究动机与目标

• 测量并表征超冷 23Na⁴⁰K–⁴⁰K 碰撞中的磁 Feshbach 共振。
• 确定导致观测到的共振的共振态的量子本质。
• 检验原子-分子 Feshbach 共振是否源于混沌短程态或简单的长程态。
• 评估此类共振在碱金属双原子分子 + 原子体系中的普遍性。

提出的方法

• 在四叶草形磁阱中进行强制蒸发冷却，以在约 500 nK 温度下产生超冷 23Na 和 ⁴⁰K 原子。
• 将原子装载至交叉光束光学偶极阱（λ = 1064 nm）中，以实现进一步冷却和分子态制备。
• 利用双光子拉曼光致关联技术，从原子混合物中生成弱束缚的 Feshbach 分子。
• 测量分子损失率随磁场的变化，以在 16–120 G 范围内探测 Feshbach 共振。
• 利用塞曼耦合和自旋守恒跃迁，将共振态能量投影回零场。
• 通过将观测到的模式与预期的塞曼位移和选择定则匹配，为共振态分配量子数（f, m_f）。

实验结果

研究问题

• RQ1 导致 23Na⁴⁰K–⁴⁰K 碰撞中观测到的 Feshbach 共振的共振态具有何种量子特征？
• RQ2 这些共振是否源于混沌短程态，还是三原子复合物的长程束缚态？
• RQ3 观测到的共振模式是否能通过原子和分子量子数的守恒来解释？
• RQ4 在其他碱金属双原子分子 + 原子体系中是否可能观察到类似的共振？
• RQ5 高场区的共振与低场区的共振在特性上如何不同？

主要发现

• 在 16–120 G 磁场范围内，25 个碰撞通道中观测到超过 80 个新的磁 Feshbach 共振。
• 低场共振聚集成具有清晰模式的独立组别，表明存在共同的底层量子结构。
• 量子数分配表明，低场共振源于长程束缚态，其中分离的原子和分子量子数近似保持不变。
• 共振态并非混沌短程态，与原子-分子散射中密集短程态森林的预测相矛盾。
• 高场共振可能源自 f_res = 7/2 的态，可能涉及转动激发或超精细耦合，但其确切性质仍不确定。
• 结果表明，类似长程共振在其他碱金属双原子分子 + 原子体系中也应可观测到，为超冷量子气体中碰撞控制提供了新途径。