par Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS
La relation de Feynman-Tan, obtenue en combinant la relation d’énergie de Feynman avec le contact à deux corps de Tan, a expliqué les spectres d’excitation des gaz quantiques d’atomes 39K en interaction forte. Cependant, la question de savoir si la relation Feynman-Tan est universelle pour d’autres espèces atomiques est restée hors de portée. Maintenant, ce problème a été confirmé par des scientifiques chinois en utilisant des spectres d’excitation à impulsion élevée de gaz de Bose en interaction d’atomes de 133Cs. Ce résultat fournit des informations importantes pour comprendre les propriétés profondes des gaz de Bose en interaction.
Les interactions jouent un rôle important dans les phénomènes quantiques corrélés les plus intrigants, et les relations universelles peuvent grandement simplifier la description de l’effet d’interaction dans les systèmes quantiques à plusieurs corps. Dans les spectres d’excitation élémentaires des gaz atomiques ultra-froids en interaction, la relation de dispersion de Bogoliubov a été donnée pour expliquer la réponse linéaire du déplacement de l’énergie d’excitation à la force de l’interaction dans les régimes à faible interaction.
Cependant, la rupture de la théorie de Bogoliubov a été observée dans les spectres d’excitation des gaz de Bose en forte interaction. Par la suite, la relation de Feynman-Tan a été proposée pour expliquer le comportement de backbending dans les spectres d’excitation du condensat de Bose-Einstein 39K (BEC). La question de savoir si la relation Feynman-Tan est universelle pour décrire un comportement fortement corrélé dans d’autres systèmes atomiques est restée jusqu’à présent hors de portée.
Dans cet article, une équipe dirigée par le professeur chinois Suotang Jia de l’Université du Shanxi a démontré l’universalité de la relation Feynman-Tan dans les gaz de Bose à forte interaction d’atomes de 133Cs avec un grand déséquilibre de masse par rapport aux atomes de 39K précédemment utilisés. Ils ont étudié l’excitation à impulsion élevée du 133Cs BEC avec des interactions largement accordables en utilisant les spectres de Bragg de deuxième et troisième ordres.
Ils ont observé la rétroflexion du décalage de fréquence de la résonance d’excitation dans la région d’interaction modérée, et le décalage change son signe de positif à négatif aux interactions fortes. Leurs résultats montrent un bon accord avec les prédictions basées sur la relation de Feynman-Tan, ce qui fournit des preuves significatives pour étendre l’application de la relation de Feynman-Tan à différents systèmes atomiques en interaction forte.
L’expérience commence avec un BEC d’atomes de 133Cs dans un piège optique en forme de cigare, où l’interaction atomique peut être largement réglée par une large résonance de Feshbach. Une paire de faisceaux laser à contre-propagation est utilisée pour coupler le BEC atomique à impulsion nulle à l’état à impulsion élevée pour les spectres de Bragg à deux photons.
Plus précisément, ils ont développé des spectres de Bragg à quatre et six photons pour mesurer les spectres d’excitation à impulsion élevée du BEC. Ils ont mesuré les spectres de Bragg d’ordre élevé du 133Cs BEC sous différentes interactions et étudié la variation du décalage de fréquence de résonance avec la longueur de diffusion atomique. Leurs résultats montrent un écart significatif par rapport à la théorie de la dispersion de Bogoliubov, mais sont en bon accord avec les prédictions de la relation de Feynman-Tan.
Ces scientifiques ont résumé les découvertes significatives de leur système : « Notre expérience a démontré l’universalité de la relation de Feynman-Tan contenant la masse atomique pour décrire les spectres d’excitation élémentaires des gaz de Bose en interaction d’atomes de 133Cs avec une grande différence de masse par rapport aux atomes de 39K utilisés dans le étude précédente. »
« Les transferts à impulsion élevée impliqués dans les spectres de Bragg de deuxième et troisième ordre permettent d’observer le changement de signe du décalage de fréquence dans les spectres d’excitation aux interactions relativement faibles. Notre étude fournit des informations importantes pour la compréhension des propriétés d’excitation collective des fortes gaz de Bose en interaction. »
Le travail est publié dans la revue Lumière : science et applications.
Plus d’information:
Yunfei Wang et al, Test de l’universalité de la relation Feynman-Tan dans les gaz de Bose en interaction à l’aide de spectres de Bragg d’ordre élevé, Lumière : science et applications (2023). DOI : 10.1038/s41377-023-01103-8
Fourni par Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS