소식

Jan 16, 2024

자기 트랩에서 방출된 후 응축수의 양자 고갈의 생존에 관하여

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13178(2022) 이 기사 인용

863 액세스

4 인용

측정항목 세부정보

우리는 고조파 트랩에서 방출된 준안정 헬륨 원자의 팽창하는 보스-아인슈타인 응축물에서 높은 운동량 꼬리에 대한 관찰을 제시합니다. 원거리장 밀도 프로파일은 방출 전 현장 양자 고갈에서 발생하는 운동량 분포의 꼬리 식별을 지원하는 기능을 나타냅니다. 따라서 우리는 열 구성 요소 너머의 원거리 장에서 천천히 부패하는 꼬리에 대한 최근 관찰을 확증합니다. 이 관찰은 원자가 트랩에서 풀려날 때 현장 고갈이 살아남지 못할 것이라고 예측하는 유체 역학 이론과 충돌합니다. 실제로, 고갈된 꼬리는 방출되기 전에 예상했던 것보다 원거리장에서 더 강하게 나타나며, 우리는 갇힌 가스의 Tan 접촉 측면에서 이를 해석하는 과제에 대해 논의합니다. 이러한 관찰을 보완하여 실험의 전체 양자 시뮬레이션은 올바른 조건에서 팽창 후 원거리 장까지 고갈이 지속될 수 있음을 보여줍니다. 더욱이, 시뮬레이션은 평균 장 전위에 의한 고갈된 원자의 가속으로 인해 팽창 후 생존 및 큰 운동량 꼬리가 더 강하게 나타나는 메커니즘을 제공합니다. 그러나 질적으로 일치하는 동안 실험에서 관찰된 최종 고갈은 시뮬레이션보다 훨씬 큽니다.

초저온 상호작용 초유체에 대한 Bogoliubov의 설명에서 바닥 상태는 거시적으로 점유된 응축수와 구성 입자 사이의 S파 상호 작용으로 인해 상관된 입자 쌍으로 구성됩니다1,2. 이러한 쌍의 결과는 여기된 단일 입자 모드가 0온도에서도 채워지는 것입니다. 이는 응축물의 양자 고갈이며 단일 입자 모드의 점유로 나타나며, 큰 운동량에서 p는 \(p^{-4}\)처럼 붕괴3,4됩니다.

원자 보스-아인슈타인 응축물(BEC)이 실현된 이후 상당한 실험2,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19과 이론적4이 이루어졌습니다. 20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33 Bogoliubov 이론에 대한 관심2,17,32,33,34 (특히 양자 고갈7,10,11, 12,13,35). 강한 입자 간 상호 작용으로 인해 고갈된 비율이 큰(유체의 93% 정도) 액체 헬륨의 경우와 달리 고갈은 일반적으로 매우 작습니다(1% 미만7,12). 약하게 상호 작용하는 희석 가스에서. 밀접하게 관련된 열역학적(Tan's) 접촉 또한 점점 더 주목을 받고 있습니다4,5,6,7,8,9,14,15,16,18,19,20,22,23,24,25,26,27,28, 29,30,31,35,39,40,41,42, 부분적으로는 접촉이 \(p^{-4}\) 꼬리의 진폭과 직접적으로 관련되어 있다는 Tan의 증명 때문입니다.

큰 운동량 꼬리를 조사하는 실험에서는 일반적으로 Feshbach 공명을 사용하여 초저온 가스의 상호 작용을 향상시키고 표준 이미징 기술을 사용하여 원거리장에서 볼 수 있는 고갈된 부분을 생성했지만, 거듭제곱 법칙 꼬리는 이 영역에서 파악하기 어려운 것으로 입증되었습니다8,9. 큰 산란 길이로 담금질한 후 진화하는 동안 운동량 분포를 수정하는 데 다체 상호 작용이 수행하는 역할을 설명하는 소수의 이론이 등장했습니다. 아주 최근의 실험에서는 고밀도, 강력하게 상호작용하는 체제에서 BEC를 생성하기 위해 광학 격자를 사용하여 원거리 장에서 반상관 운동량을 갖는 원자 쌍을 감지할 수 있었습니다. 그러나 약하게 상호작용하는 체제에서의 측정은 예상치 못한 결과를 반환했습니다. 이전 실험에서는 고조파 광학 트랩에서 준안정 헬륨의 BEC를 방출한 후 원거리 분포에 거듭제곱과 같은 꼬리가 존재한다고 보고했습니다. 이는 팽창하는 동안 밀도가 단열적으로 감소한다는 기존 통념이 주장하기 때문에(트랩 방출이 비단열적인 경우에도) 꼬리가 사라질 것으로 예측되는 유체역학적 근사치를 유도했기 때문에 이는 놀라운 일이었습니다. 더욱이 꼬리는 보골리우보프 이론에서 예측한 것보다 약 6배 더 무거운 것으로 보고되었습니다. 극저온 가스 연구에서는 원거리 측정이 중심 역할을 하기 때문에 이상 현상을 확인하고 그 원인을 이해하는 것이 중요합니다. 온도가 0인 바닥 상태에서 상관 관계가 있는 공핍 쌍을 추출한다는 전망은 개념적으로나 기술적으로나 그 자체로 흥미롭습니다.