清華物理系尤力研究組發現寬的d波費希巴赫共振

2021-01-10 清華大學新聞網
清華物理系尤力研究組發現寬的d波費希巴赫共振

清華新聞網11月20日電 11月13日，清華大學物理系尤力研究組在《物理評論快報》（Physical Review Letters）期刊在線發表題為《寬的d波費希巴赫共振及其三劈裂結構的測量》（「Observation of broad d-wave Feshbach resonances with a triplet structure」）的論文。文章報導的寬d波費希巴赫（Feshbach）共振為國際上首次發現，對後續高分波相互作用的研究有著指導性的意義，也為研究與高分波配對相關的量子模擬提供了一個嶄新的機遇。基於它的潛在應用價值，該工作被選為《物理評論快報》的編輯推薦文章（Editors』 Suggestion）。

基於冷原子系統的量子模擬在少體以及多體物理的研究中具有重要意義。在冷原子體系中，利用磁場調控的費希巴赫共振技術能夠有效地、甚至任意地調節原子間的相互作用性質和強度。這一巨大的優勢使得冷原子量子氣體成為進行量子模擬的一個絕佳平臺，研究者可以人為構造或調控一些在固體物理材料中難以實現或操縱的量子態，從而實現對這些量子系統性質的模擬和研究。利用s波費希巴赫共振，研究者已成功實現了例如波色-愛因斯坦凝聚態到巴丁-庫珀-施裡弗凝理論（BEC-BCS）渡越、葉菲莫夫態（Efimov states）等重要量子態的研究。與s波相比，高分波的系統則展現出更為豐富、新奇的現象，比如冷原子氣體穿過高分波費希巴赫共振點時的量子相變，以及p波超流和d波超導中的高分波配對行為。得到穩定的p或d波費希巴赫共振點附近的量子氣體對研究這些高分波系統中的作用機理有重要意義。但是過去研究界一直沒有在冷原子系統中找到這樣的費希巴赫共振。 

圖1.(a) d波費希巴赫共振三劈裂結構產生機理。(b)-(d) 在16 μK、1.2 μK和400 nK溫度下，d波費希巴赫共振附近的原子碰撞損耗比例隨磁場的變化關係。

尤力教授和鄭盟錕副教授領導的一個實驗通過將超冷銣85-銣87實驗系統和多通道量子虧損理論的結合，成功地發現了不會發生兩體偶極自旋翻轉損耗的寬的d波費希巴赫共振，並首次觀測到了d波共振的特徵三劈裂結構。圖1.(b)-(d)所示為該峰在不同溫度下的原子損耗行為，在400 nK的溫度下清晰地展現出三個共振峰。圖1.(a)給出了劈裂產生的機理，即磁偶極-偶極相互作用對具有不同軌道磁量子數的束縛態的能級影響不同。通過理論計算表明，d波的束縛態會劈裂為三個，並且其兩兩之間的間距比例為一個固定的特徵值1/3。該比例與實驗測得的劈裂比例1/2.7（ml』=0與|ml』|=1峰間距/ |ml』|=1與|ml』|=2峰間距）一致，證明所測共振確實為d波。

清華大學物理系的尤力教授、鄭盟錕副教授和美國託萊多大學物理系的高波教授為該論文的通訊作者，清華大學物理系博士生崔悅為論文的第一作者。該研究得到物理系低維量子物理國家重點實驗室、國家科技部、國家自然科學基金委、清華大學自主研發項目的經費支持。

論文連結：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.203402

供稿：物理系 編輯：悸寔 華山

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