[论文解读] Probing photoinduced two-body loss of ultracold non-reactive bosonic $^{23}$Na$^{87}$Rb and $^{23}$Na$^{39}$K molecules

Philipp Gersema, Kai K. Voges+8 more|PubMed|Feb 28, 2021

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用 8

一句话总结

本研究通过斩波光学偶极阱（ODTs）探测光诱导双体损失机制， investigates ultracold、化学稳定的玻色型 $^{23}$Na$^{87}$Rb 和 $^{23}$Na$^{39}$K 分子中的光诱导双体损失。尽管理论预测复合物寿命极短（约 6–13 μs），作者在低斩波频率和长暗时间条件下仍观察到近乎普遍损失，表明当前模型对复合物寿命的估计严重不足，或存在超越光激发四体碰撞复合物的未知损失机制。

ABSTRACT

We probe photoinduced loss for chemically stable bosonic ^{23}Na^{87}Rb and ^{23}Na^{39}K molecules in chopped optical dipole traps, where the molecules spend a significant time in the dark. We expect the effective two-body decay to be significantly suppressed due to the small expected complex lifetimes of about 13 and 6 μs for ^{23}Na^{87}Rb and ^{23}Na^{39}K, respectively. However, instead we do not observe any suppression of the two-body loss in parameter ranges where large loss suppressions are expected. We believe these unexpected results are most probably due to drastic underestimation of the complex lifetime by at least 1-2 orders of magnitude.

研究动机与目标

• 检验光激发四体碰撞复合物是否为超冷非反应性分子中主导损失机制的假设。
• 通过调制 ODT 强度并改变斩波阱中的暗时间，测量复合物寿命。
• 验证观测到的超冷分子双体损失是否与 Christianen 等人提出的光诱导损失模型一致。
• 探究理论预测的轻质分子体系（如 $^{23}$Na$^{87}$Rb 和 $^{23}$Na$^{39}$K）的复合物寿命估计是否准确。
• 确定斩波 ODT 中的损失动力学是否偏离预测，从而提示存在未知损失路径或复合物寿命被显著低估。

提出的方法

• 采用方波调制的斩波光学偶极阱（ODTs），产生周期性暗相，通过损失抑制探测复合物寿命。
• 使用 1064 nm 的“致死光束”在阱开启阶段选择性地光激发并耗散分子，从而测量相对原子数增益。
• 调节斩波频率（$f_{\rm mod}$）和占空比（$\eta$），系统性地调节有效暗时间（$t_{\rm d}$），并检验其对复合物寿命的依赖性。
• 在汉诺威与香港两个独立实验装置中开展实验，以确保可重复性并排除实验误差。
• 测量相对原子数增益 $N_{\rm mod}/N_{\rm cw} - 1$ 随斩波频率和强度的变化，比较斩波与连续波（cw）阱条件下的结果。
• 通过分析暗相中观测到的最大原子数增益，假设光诱导损失为唯一主导机制，推导出复合物寿命的下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 光激发四体碰撞复合物是否主导了超冷 $^{23}$Na$^{87}$Rb 和 $^{23}$Na$^{39}$K 分子中的双体损失？
• RQ2 当暗时间超过预测的复合物寿命时，斩波 ODT 中的双体损失是否被抑制？
• RQ3 基于斩波阱中损失动力学，$^{23}$Na$^{87}$Rb 和 $^{23}$Na$^{39}$K 的有效复合物寿命是多少？
• RQ4 理论预测的轻质分子体系中复合物寿命是否与实验观测一致？
• RQ5 未知损失机制或复合物寿命被显著低估，是否可解释持续存在的近乎普遍损失？

主要发现

• 在 $^{23}$Na$^{87}$Rb 和 $^{23}$Na$^{39}$K 中，即使斩波频率低至 1 kHz 且暗时间超过预测复合物寿命的 10 倍，也未观察到双体损失的抑制。
• 在所有斩波频率和占空比下，相对原子数增益均保持与零一致，表明损失无频率依赖性，与光激发模型的预期相反。
• 从 $^{23}$Na$^{39}$K 中提取出复合物寿命的下限为 $\tau_{\rm c,NaK} \geq 0.35\,$ms，远超预测的 $6\,$μs。
• 对于 $^{23}$Na$^{87}$Rb，复合物寿命的下限为 $\tau_{\rm c,NaRb} \geq 1\,$ms，远高于预测的 $13\,$μs。
• 综合所有数据，$^{23}$Na$^{39}$K 的复合物寿命估计值大于 1 ms，$^{23}$Na$^{87}$Rb 大于 4 ms，表明当前模型对复合物寿命的估计存在重大低估。
• 结果在两个独立实验装置中均一致，且与费米子 $^{23}$Na$^{40}$K 的类似发现相互印证，表明该问题具有普适性，不局限于特定分子种类。