利用纯净的光镊基态双原子系统探究非弹性碰撞下的能级移动

——揭示了⁸⁵Rb双原子间碰撞相互作用能受非弹性碰撞通道的影响而偏离赝势模型理论值的物理现象

在冷原子物理中，原子间的最主要的相互作用效应通常由s-波散射长度来描述，这是一种忽略原子间相互作用势的细节的普适描述。能否将该普适性的描述应用到非弹性碰撞情况下，缺乏可靠的实验验证。研究团队利用亚微米尺度的光镊中存在的原子自旋与原子运动耦合机制，实现对原子间的相互作用能的精确测量，验证该理论模型。研究团队首先在光镊中制备纯净的⁸⁷Rb双原子样品，接着利用自旋-运动耦合机制，获得了光镊势阱中⁸⁵Rb双原子相对运动与质心运动可分辨的微波跃迁谱，如下图所示:

图1，原子自旋运动耦合介导的微波跃迁谱。

从中我们可以得到弹性碰撞通道和非弹性碰撞通道的碰撞能量，并分别获得了这两个通道的相互作用能量与囚禁势强度的依赖曲线。对于s-波散射的弹性碰撞通道，其势阱依赖曲线与赝势模型计算相符合。如下图所示:

图2，s-波弹性散射的相互作用能的势阱依赖曲线与赝势模型计算对照。

与之相反的，对于s-波散射的非弹性碰撞通道而言，其碰撞能量势阱依赖曲线与赝势模型理论预言的频移之间存在显著偏移。如下图所示:

图3，s-波非弹性散射的相互作用能的势阱依赖曲线与赝势模型计算对照。

赝势模型计算中，描述非弹性碰撞通道的相互作用参数是复数散射长度，相互作用能由其实部决定。该进展揭示了赝势模型的适用范围，为相关理论的进一步发展提供了实验范例，即该进展为原子相互作用理论模型的高精度检验从而寻找新物理提供了重要手段。该工作发表于Phys. Rev. A 109, 043320 (2024)。