研究人员首次实现非基态铯原子的凝聚

在一项开创性的努力中，因斯布鲁克大学的研究人员与达勒姆大学合作，首次实现了非基态铯原子的玻色-爱因斯坦凝聚。这项研究发表在《自然通讯》上，为超冷原子气体的新实验和多体量子物理研究铺平了道路。

原子世界通常以随机混沌和热量为特征，当原子急剧冷却时，就会发生显着的转变。在略高于绝对零的温度下，原子进入一种独特的量子态，称为玻色-爱因斯坦凝聚体 (BEC)，在这种状态下它们表现为单个相干实体。 BEC 首次成功实现是在 1995 年，距阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein) 和萨蒂延德拉·纳特·玻色 (Satyendra Nath Bose) 的理论预测 70 年后。

从那时起，研究人员一直在研究这些超冷气体的特殊性质，以解开量子力学的谜团。此外，超冷原子气体以其高度可控性而闻名，已成为少体和多体量子物理学的宝贵测试平台。

尤其是铯，由于其丰富的费什巴赫共振景观，可以精确调节相互作用，因此在这方面发挥了重要作用。传统上，铯被凝结在其绝对基态。现在，因斯布鲁克大学的研究人员与杜伦大学的理论团队合作，首次实现了铯原子在塞曼激发的 mF=2 态(一种非基态构型)下的凝聚。

“玻色-爱因斯坦凝聚的实现取决于保持良好碰撞与坏碰撞的有利比例。弹性碰撞在驱动蒸发和热化过程中发挥着至关重要的作用，而二体非弹性碰撞和三体复合会降低冷却效率，可能会达到 BEC 无法达到的程度，”该研究的第一作者 Milena Horvath 解释道。

研究小组确定了两个可能发生凝结的不同磁场区域，二体损耗可以忽略不计，而三体损耗则被充分抑制。 “在这种非基态结构中凝聚铯原子也揭示了一些有趣且意想不到的三体损失机制，”霍瓦斯说。

首席科学家 Hanns-Christoph Nägerl 补充道：“意外三体损失机制的发现凸显了超冷原子系统的复杂性，并强调了详细实验的重要性。”

这一最新成就建立在自 2003 年铯首次在因斯布鲁克凝结以来二十年的进步基础上，展示了该领域不断取得的进步。 Hanns-Christoph Nägerl 表示：“这一成就为因斯布鲁克丰富的量子研究历史增添了色彩。”

“随着我们继续我们的旅程，我们期待加深对多体量子物理学的理解，例如杂质和极化子物理学，以及拓扑相变和量子气体混合物。”

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