在87Rb原子玻色-爱因斯坦凝聚体中 铷二聚物分子的形成

摘要：

理论预言，处于玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)中的原子有可能结合形成双原子分子.最近，来 自美国德克萨斯大学的Wynar等已将上述预言变成现实.他们通过相干双光子Raman过程，将 处于BEC的87Rb原子两两缔合，从而产生出铷二聚物分子——Rb2.这些分 子的平动动能几乎为零，并且同处于单一量子态.
在Wynar等的实验中，87Rb原子气首先被捕获在一个高真空光阱中，并接受激光 冷却；然后，经预冷的原子气被转移到磁“TOP”阱中，被实施射频感应的蒸发冷却.通过 以上步骤，实验者获得的87Rb原子BEC具有低于130nK的温度，其凝聚分数大于80 %，阱中凝聚原子的数密度峰值n0～1014/cm3.
接着，Wynar等用两束同方向的激光(沿TOP阱对称轴方向极化)照射87Rb原子 凝聚体.第一束激光具有圆频率ω1=2πc×12555cm-1，它将一对处于BE C的 87Rb原子从起始的5S1/2自由态｜f〉激发至高能束缚态｜e〉(两个 87Rb原子束缚成对，具有振动能量，但转动量子数为零)附近的一个中间态.第二 束激光是从第一束激光经声光调制而产生的，因此，二者的频差Δω/2π=(ω2- ω 1)/2π≈636MHz是极为稳定的.第二束激光诱发光子受激发射，使原子对的能级从 上述中间态向下跃迁至低能分子束缚态｜g〉附近的终态.
在两束激光持续时间为τ(数百ms)的照射之后，阱中存留的BEC状态的87R b原子数被测量，据此数密度峰值n(τ)被导出.相干双光子Raman过程，使得相当比 例的自由BEC原子受激跃迁到分子束缚态，结果，显然有(n(τ))/(n0)<1.　[ SX (]n(τ)n0)是两束激光频差Δω的函数，对于初始数密度n0=0.77×10 14/cm3的情况，n(τ)作为Δω的函数在Δω/2π=636.020MHz 达到 极小.此时，(n(τ)n0)≈0.3，这就是说，在激光照射之后，仍旧处于BEC 态的87Rb原子数仅为初始值的30%.　(n(τ)n0)作为Δω的 函 数其谱线宽度极窄，这是因为相干受激Raman跃迁所涉及的动态｜f〉和终态｜g〉，分 别是BEC87Rb原子的单一量子态和从中形成的二聚物分子的单一弱束缚振动 态(没有转动).在Raman照射之前，处于BEC状态的原子，其平动动能应小于简谐T OP阱的谐振子量子ωz；在Wynar等的实验中，ωz/2π=153Hz， ωz/k B=7nK，可以认为，BEC87Rb原子的平动动能几乎为零(事实上，其速 度 只有每秒数毫米).因为Raman跃迁所援引的两束激光沿同一方向传播，并且Δω相对 较小，所以从静止BEC87Rb原子中产生的那些铷二聚物分子也几乎是静止的 .上述两种静止大大抑制了Raman谱中的多普勒展宽.Wynar等所获得的精确的共振 频差和尖锐的谱线形状，允许人们进一步研究：(1)产物组分(铷二聚物分子)和母体组分( 87Rb BEC原子)之间的平均场相互作用；(2)原子间势函数的范德瓦耳斯系数； (3)原子-原子和原子-分子的二体散射特征长度等.

机标关键词：原子玻色、爱因斯坦、凝聚体、二聚物、激光、双原子分子、平动动能、束缚态、数密度、照射、量子态、中间态、原子间势函数、相干、双光子、实验、频差、转动量子数、范德瓦耳斯、多普勒展宽

所属期刊栏目：29

分类号：O41;TN2

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共2页

页码：752-753