在超冷玻色-费米混合气体中探测和研究三体Efimov态

Efimov state is a novel quantum state with universality in the three-body problem, and observing this quantum state in different systems can demonstrate the universality of the few-body interaction. It has been explored that the three-body parameter of the Efimov state in the single-isotope gas has the universality. So whether the heteronuclear mixture has the similar universality is an important problem unresolved. In the Bose-Fermi mixture, the two atomic clouds have a spatial separation due to the differences of Bose-Fermi quantum statistics and masses, which make it difficult to observe the Efimov state. Considering this phenomenon, we will apply the following experimental improvements to increase the overlap of the two atomic clouds: 1. adjust the distance between centers of two atomic clouds by applying a proper magnetic gradient; 2. increase the trapping frequency of the optical dipole trap to improve the overlap of the two clouds; 3. control the size of the Fermi gas by controlling the atomic number, which will increase the overlap. Through carrying on this proposed project, we can grasp and develop the atom modulating methods, and observe the formation of the Efimov state in the Bose-Fermi mixture of rubidium87 and pottasium40. Then we can study the relations between the Efimov three-body parameter and van der Waals interaction length or other physical parameters, finally exploring the universality of Efimov state in the heteronuclear atomic mixture.

Efimov态是三体问题中具有普适性的一种新奇量子态，在不同体系中观察这种量子态可以揭示少体相互作用普适性。同种冷原子的实验研究发现Efimov态三体参数具有普适性，那么异核混合气体中的Efimov态是否也具有类似的普世性是急需回答的物理问题。由于玻色-费米量子统计特性的不同以及质量的差异导致两种原子团不重叠，在混合气体中观察Efimov态比较困难。针对此现象，我们将采用以下实验措施来提高原子团的重叠：1. 利用梯度磁场来调节两原子团中心的相对位置；2. 增加光偶极阱的囚禁频率来提高两原子团的重叠；3. 控制原子数目来操控费米原子团大小，提高玻色-费米原子团的重叠。通过本项目的实施，掌握和发展冷原子操控的手段，在铷和钾玻色-费米混合气体中观察Efimov态形成，研究Efimov态三体参数与范德瓦尔斯相互作用长度等参数的关系，揭示混合气体Efimov态的普适性。

超冷原子气体是一种超低温、干净的宏观量子物质。基于超冷原子体系高度可操控性的特色，可以利用磁场和光场等手段精确操控原子间的相互作用，发展超冷原子量子态的精确操控方法，观察超冷原子气体中的新奇量子效应。在本项目中，我们制备了超冷玻色和费米原子气体，发展了拉盖儿-高斯光和磁场Feshbach共振的方法操控超冷原子间的相互作用，观察到自旋-轨道角动量耦合等一些重要的量子效应。.通过此项目的实施，我们实现了超冷玻色原子气体和超冷费米原子气体的实验制备，利用磁场Feshbach共振方法调节原子间的相互作用，将费米气体制备到强相互作用区间，并观察到强相互作用费米气体各向异性的膨胀行为。实现了超冷玻色原子气体的自旋-轨道角动量耦合效应，首次观察到该耦合体系的基态相变。利用檀接触理论研究了自旋-轨道耦合费米气体的两体关联效应，获得了自旋-轨道耦合费米气体大动量分布和能量绝热变化的普适性关系。发表文章6篇，包括2篇Phys. Rev. Lett.、2篇Phys. Rev. A、1篇Chin. Phys. Lett.和1篇Chin. Phys. B。培养博士研究生3名，硕士研究生2名。