实验室在利用相互作用玻色气体检验Feynman-Tan关系式的普适性

研究中取得重要进展

近日，实验室贾锁堂教授、马杰教授、李玉清副教授研究组在Light: Science & Applications期刊（影响因子20.257）发表题为《Testing universality of Feynman-Tan relation in interacting Bose gases using high-order Bragg spectra》的研究论文，实验室博士生王云飞和杜惠瑛为共同第一作者，马杰教授和李玉清副教授为通讯作者，梅锋教授、胡颖教授、肖连团教授和贾锁堂教授共同参与了研究工作。

 粒子间相互作用是导致强关联量子多体物理效应的核心，发现具有普适性关系式可以简化对相互作用的微观表征，有助于更好的理解复杂量子多体系统中存在的物理规律。超冷原子量子气体具有优越的可调控性，为研究和检验普适性关系式提供了理想实验平台。在强关联超冷原子气体中，物理学家预言了Feynman-Tan关系，成功解释了强相互作用区域中原子激发谱共振频率频移与原子散射长度的依赖关系。由于Feynman-Tan关系式中频移量与原子质量成反比，检验这一重要关系式在超冷原子系统中的普适性，对于强关联超冷玻色原子量子气体研究具有重要意义。

(a) 相互作用超冷原子布拉格光谱实验装置；(b) 六光子布拉格散射示意图；

(c) 利用四光子、六光子高阶布拉格光谱检验Feynman-Tan关系式普适性。

133Cs原子具有很大的质量，为检验含有原子质量的Feynman-Tan关系式的普适性提供了理想的实验平台。研究团队采用混合蒸发冷却技术在实验上制备了准一维超冷133Cs原子量子气体，并在双光子布拉格光谱的基础上发展了四光子和六光子的高阶布拉格光谱技术。在低磁场（< 150 G）下大范围调节超冷原子的相互作用，通过测量不同相互作用下的布拉格光谱，研究了超冷原子气体共振激发频率的频移随散射长度的变化。当原子间相互作用增大时，共振频率的频移先增大后减小至负值，与Feynman-Tan关系式预言的曲线完全一致。

 该工作得到了国家科技创新2030重大项目课题、国家基金委重点国际合作研究项目和国家基金面上项目等项目的资助。

 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-023-01103-8