[论文解读] Visualizing the Efimov Physics in Bose Polarons

Mingyuan Sun, Hui Zhai+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2017

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 1

一句话总结

本文提出，轻杂质与重玻色子之间较大的质量失配可在玻色子极化子谱学中产生可观测的埃菲莫夫物理特征。通过采用包含三体效应的图解Virial展开方法，该研究预测在$^6$Li–$^{133}$Cs体系中存在两条独立的埃菲莫夫分支，以及其与吸引性极化子分支的混合，为实验探测多体系统中的少体关联提供了一条可行路径。

ABSTRACT

The Bose polaron is a quasi-particle of an impurity dressed by surrounding bosons. In few-body physics, it is known that two identical bosons and a third distinguishable particle can form a sequence of Efimov bound states in the vicinity of inter-species scattering resonance. On the other hand, in the Bose polaron system with an impurity atom embedded in many bosons, no signature of Efimov physics has been reported in the existing spectroscopy measurements up to date. In this work, we propose that a large mass imbalance between a light impurity and heavy bosons can help produce visible signatures of Efimov physics in such a spectroscopy measurement. Using the diagrammatic approach in the Virial expansion to include three-body effects from pair-wise interactions, we determine the impurity self-energy and its spectral function. Taking $^{6}$Li-$^{133}$Cs system as a concrete example, we find two visible Efimov branches in the polaron spectrum, as well as their hybridizations with the attractive polaron branch. We also discuss the general scenarios for observing the signature of Efimov physics in polaron systems. This work paves the way for experimentally exploring intriguing few-body correlations in a many-body system in the near future.

研究动机与目标

• 确定埃菲莫夫物理（通常在少体系统中观察到）在多体玻色子极化子系统中出现的条件。
• 解决现有玻色子极化子谱学测量中缺乏埃菲莫夫物理实验特征的问题。
• 探讨杂质与介质粒子之间质量失配如何增强多体系统中三体关联的可探测性。
• 发展一种理论框架，能够捕捉极化子图像中杂质自能的三体效应。

提出的方法

• 在Virial展开框架内采用图解方法，系统地包含由两两相互作用引起的三体关联。
• 通过图解重求和技术引入三体效应，计算杂质自能。
• 从自能推导谱函数，以识别准粒子分支，包括埃菲莫夫态和极化子态。
• 将该形式化方法应用于$^6$Li–$^{133}$Cs体系作为质量比极大的具体实例。
• 分析谱函数中埃菲莫夫分支与吸引性极化子分支之间的混合。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管先前的谱学测量中未观测到此类特征，埃菲莫夫物理是否能在玻色子极化子系统中被实验观测到？
• RQ2 杂质与介质粒子之间较大的质量失配如何影响极化子谱中埃菲莫夫类特征的出现？
• RQ3 三体关联在玻色子极化子谱函数中扮演何种角色，特别是在散射共振附近？
• RQ4 在多体效应存在的情况下，埃菲莫夫分支如何与标准的吸引性极化子分支相互作用？

主要发现

• 由于强烈的三体关联，$^6$Li–$^{133}$Cs玻色子极化子系统谱函数中出现了两条独立的埃菲莫夫分支。
• 由于大质量失配，埃菲莫夫分支在谱学中可见，其可探测性得到增强。
• 埃菲莫夫分支与吸引性极化子分支发生混合，导致谱响应中可观测的能级位移与劈裂。
• 图解Virial展开方法成功捕捉了标准极化子处理中常被忽略的三体效应。