vom Light Publishing Center, Changchun Institut für Optik, Feinmechanik und Physik, CAS
Die Feynman-Tan-Beziehung, erhalten durch Kombinieren der Feynman-Energiebeziehung mit Tans Zweikörperkontakt, erklärte Anregungsspektren von stark wechselwirkenden Quantengasen von 39K-Atomen. Ob die Feynman-Tan-Beziehung universell für andere Atomarten ist, blieb jedoch unerreichbar. Dieses Problem wurde nun von chinesischen Wissenschaftlern bestätigt, die Hochimpuls-Anregungsspektren von wechselwirkenden Bose-Gasen von 133Cs-Atomen verwendeten. Dieses Ergebnis liefert wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der tiefgreifenden Eigenschaften von interagierenden Bose-Gasen.
Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei den faszinierendsten korrelierten Quantenphänomenen, und universelle Beziehungen können die Beschreibung des Wechselwirkungseffekts in Quanten-Vielteilchensystemen erheblich vereinfachen. In den elementaren Anregungsspektren von wechselwirkenden ultrakalten atomaren Gasen wurde die Bogoliubov-Dispersionsbeziehung angegeben, um die lineare Reaktion der Anregungsenergieverschiebung auf die Stärke der Wechselwirkung in schwach wechselwirkenden Regimen zu erklären.
Der Zusammenbruch der Bogoliubov-Theorie wurde jedoch in den Anregungsspektren von stark wechselwirkenden Bose-Gasen beobachtet. Anschließend wurde die Feynman-Tan-Beziehung vorgeschlagen, um das Rückbiegungsverhalten in Anregungsspektren von 39K Bose-Einstein-Kondensat (BEC) zu erklären. Ob die Feynman-Tan-Beziehung universell ist, um stark korreliertes Verhalten in anderen atomaren Systemen zu beschreiben, blieb bisher unerreichbar.
In diesem Artikel hat ein Team unter der Leitung des chinesischen Professors Suotang Jia von der Shanxi University die Universalität der Feynman-Tan-Beziehung in stark wechselwirkenden Bose-Gasen von 133Cs-Atomen mit großem Massenungleichgewicht im Vergleich zu den zuvor verwendeten 39K-Atomen demonstriert. Sie untersuchten die Hochimpulsanregung von 133Cs-BEC mit breit abstimmbaren Wechselwirkungen unter Verwendung der Bragg-Spektren zweiter und dritter Ordnung.
Sie beobachteten die Rückbiegung der Frequenzverschiebung der Anregungsresonanz im Bereich der moderaten Wechselwirkung, und die Verschiebung ändert ihr Vorzeichen von positiv zu negativ bei den starken Wechselwirkungen. Ihre Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den auf der Feynman-Tan-Beziehung basierenden Vorhersagen, und dies liefert einen signifikanten Beweis für die Erweiterung der Anwendung der Feynman-Tan-Beziehung auf verschiedene stark wechselwirkende Atomsysteme.
Das Experiment beginnt mit einem BEC aus 133Cs-Atomen in einer zigarrenförmigen optischen Falle, in der die atomare Wechselwirkung durch eine breite Feshbach-Resonanz weit eingestellt werden kann. Ein Paar sich gegenläufig ausbreitender Laserstrahlen wird verwendet, um den atomaren BEC mit Nullimpuls an den Zustand mit hohem Impuls für die Zwei-Photonen-Bragg-Spektren zu koppeln.
Insbesondere haben sie Vier- und Sechs-Photonen-Bragg-Spektren entwickelt, um die Hochimpuls-Anregungsspektren von BEC zu messen. Sie haben die Bragg-Spektren höherer Ordnung von 133Cs-BEC unter verschiedenen Wechselwirkungen gemessen und die Variation der Resonanzfrequenzverschiebung mit der atomaren Streulänge untersucht. Ihre Ergebnisse zeigen eine signifikante Abweichung von der Bogoliubov-Dispersionstheorie, stimmen aber gut mit den Vorhersagen der Feynman-Tan-Beziehung überein.
Diese Wissenschaftler fassten die wesentlichen Ergebnisse in ihrem System zusammen: „Unser Experiment hat die Universalität der Feynman-Tan-Beziehung gezeigt, die die Atommasse enthält, um elementare Anregungsspektren von wechselwirkenden Bose-Gasen von 133Cs-Atomen mit einem großen Massenunterschied im Vergleich zu 39K-Atomen zu beschreiben, die in den verwendet werden vorheriges Studium.“
„Die an den Bragg-Spektren zweiter und dritter Ordnung beteiligten Hochimpulsübertragungen ermöglichen es, den Vorzeichenwechsel der Frequenzverschiebung in den Anregungsspektren bei den relativ niedrigen Wechselwirkungen zu beobachten. Unsere Studie liefert wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der kollektiven Anregungseigenschaften von starken interagierende Bose-Gase.“
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Licht: Wissenschaft & Anwendungen.
Mehr Informationen:
Yunfei Wang et al, Testen der Universalität der Feynman-Tan-Beziehung in wechselwirkenden Bose-Gasen unter Verwendung von Bragg-Spektren höherer Ordnung, Licht: Wissenschaft & Anwendungen (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01103-8
Bereitgestellt vom Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS