Новости

Jan 16, 2024

О сохранении квантового обеднения конденсата после выхода из магнитной ловушки

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 13178 (2022) Цитировать эту статью

863 Доступа

4 цитаты

Подробности о метриках

Представлены наблюдения высокоскоростного хвоста в расширяющихся бозе-эйнштейновских конденсатах метастабильных атомов гелия, высвободившихся из гармонической ловушки. Профиль плотности в дальней зоне демонстрирует особенности, которые подтверждают идентификацию хвостов распределения импульса как возникающих в результате квантового истощения in-situ перед высвобождением. Таким образом, мы подтверждаем недавние наблюдения медленно затухающих хвостов в дальней зоне за пределами тепловой компоненты. Это наблюдение противоречит гидродинамической теории, которая предсказывает, что истощение на месте не сохраняется, когда атомы высвобождаются из ловушки. Действительно, обедненные хвосты даже кажутся более сильными в дальней зоне, чем ожидалось до высвобождения, и мы обсуждаем проблемы интерпретации этого с точки зрения контакта Тана в захваченном газе. В дополнение к этим наблюдениям полное квантовое моделирование эксперимента показывает, что при правильных условиях истощение может сохраняться в дальней зоне после расширения. Более того, моделирование обеспечивает механизмы выживания и того, что хвосты с большим импульсом становятся сильнее после расширения из-за ускорения обедненных атомов потенциалом среднего поля. Однако, несмотря на качественное согласие, окончательное истощение, наблюдаемое в эксперименте, намного больше, чем при моделировании.

В описании Боголюбова ультрахолодной взаимодействующей сверхтекучей жидкости основное состояние состоит из макроскопически занятого конденсата и коррелированных пар частиц из-за s-волновых взаимодействий между составляющими частицами1,2. Следствием этих пар является заселение возбужденных одночастичных мод даже при нулевой температуре. Это квантовое обеднение конденсата, которое проявляется как заселение одночастичных мод, которые при больших импульсах p распадаются3,4 как \(p^{-4}\).

С момента реализации атомных бозе-эйнштейновских конденсатов (БЭК) было проведено немало экспериментальных2,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19 и теоретических4, 20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33 интерес к теории Боголюбова2,17,32,33,34 (и конкретно к квантовому истощению7,10,11, 12,13,35). В отличие от случая жидкого гелия, где обедненная доля велика (порядка 93% жидкости36,37,38) из-за сильных межчастичных взаимодействий, обеднение обычно очень мало (менее 1%7,12). в слабовзаимодействующих разбавленных газах. Тесно связанный термодинамический контакт (Тан) также привлекает все большее внимание4,5,6,7,8,9,14,15,16,18,19,20,22,23,24,25,26,27,28, 29,30,31,35,39,40,41,42, отчасти благодаря доказательству Тана, что контакт напрямую связан с амплитудой \(p^{-4}\) хвоста39.

В экспериментах по изучению хвостов с большим импульсом обычно использовались резонансы Фешбаха для усиления взаимодействия в ультрахолодных газах и получения обедненной фракции, видимой в дальнем поле с помощью стандартных методов визуализации, но степенные хвосты оказались неуловимыми8,9 в этом режиме. Появилось несколько теорий20,21,22, которые объясняют роль многочастичных взаимодействий в изменении распределения импульса во время эволюции после закалки до большой длины рассеяния. Совсем недавний эксперимент43 позволил обнаружить пары атомов с антикоррелированными импульсами в дальней зоне с помощью оптической решетки для создания БЭК в режиме высокой плотности и сильного взаимодействия. Однако измерения в режиме слабого взаимодействия дали неожиданные результаты. В предыдущем эксперименте сообщалось о наличии степенных хвостов в распределении в дальней зоне после высвобождения БЭК метастабильного гелия из гармонической оптической ловушки7. Это было удивительно, поскольку общепринятое мнение утверждает, что плотность адиабатически уменьшается во время расширения (даже когда освобождение ловушки неадиабатическое), что мотивирует гидродинамическое приближение, в котором предсказывается исчезновение хвостов10,23. Более того, сообщалось, что хвосты примерно в шесть раз тяжелее, чем предсказывает теория Боголюбова. Важно проверить аномалию и понять ее происхождение, поскольку измерения в дальней зоне играют центральную роль в изучении ультрахолодных газов. Перспектива извлечения коррелированных обедненных пар из основного состояния при нулевой температуре также интересна сама по себе концептуально и, возможно, технологически.