碱土金属超冷原子气体的理论研究

Ultracold cold quantum gases of alkaline-earth and alkaline-earth-like atoms have attracted great attention in the research of cold atomic physics. As compared to alkali atoms, alkaline-earth atoms feature three unique properties. First, the 1S-3P optical transition is very narrow with a linewidth in the order of kHz, such that the spontaneous emission from the 3P state and the associated atom loss and heating can be significantly reduced. Second, the electronic angular momentum in the ground state is very weakly coupled to the nuclear spin, leading to the emergence of an approximate SU(N) symmetry. Besides, the system also features a novel orbital Feshbach resonance which can be employed to tune the interatomic interaction. Focusing on exotic phenomenon induced by the aforementioned unique characteristics, this proposal investigates few-body and many-body properties of alkaline-earth and alkaline-earth-like cold atomic gases, and may pave the way toward emulation of quantum many body system with alkaline-earth atoms.

随着实验技术的发展，冷碱土金属和类碱土金属超冷原子气体得到了越来越多的关注。由于碱土金属原子光跃迁线宽很窄，能降低自发辐射对冷原子体系的干扰，且基态电子总角动量和核自旋耦合很弱，原子具有近似的SU(N)高对称性，此外原子间还存在新颖的轨道Feshbach共振，因此可以作为优秀的量子模拟平台。本项目关注碱土金属和类碱土金属超冷原子气体中的量子少体和多体问题，以量子模拟为核心，针对轨道Feshbach共振附近的BCS-BEC过渡、光晶格中的SU(N)体系，以及光晶格中的非平庸拓扑态进行理论研究。

本项目关注碱土金属和类碱土金属超冷原子气体中的量子少体和多体问题，以量子模拟为核心，针对轨道Feshbach共振附近的BCS-BEC过渡、光晶格中的SU(N)体系，以及光晶格中的非平庸拓扑态进行理论研究。主要研究内容包括：碱土金属超冷原子气体的量子模拟研究、含时驱动系统中的新奇量子相、极化子问题的理论研究、囚禁离子和激子-极化子体系中的量子开系统研究、费米体系中的BCS-BEC过渡等。在研期间顺利进行，完成全部预设研究内容，并根据学科发展最新动态，及时做出调整和拓展，在新的研究方向上也做出了一批工作。在项目支持下，有两名博士研究生前往美国佐治亚理工学院进行了为期4个月的交流访问。此外，项目组成员参加国内外学术会议共15人次。其中参加国际学术会议并做邀请报告4次。在项目支持下共发表（含接受）SCI论文20余篇，其中Phys. Rev. Lett. 2篇，Sci. Bull. 2篇。