Rydberg and ion impurities in ultracold quantum matter
超冷量子物质中的里德伯和离子杂质
基本信息
- 批准号:316184878
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Priority Programmes
- 财政年份:2016
- 资助国家:德国
- 起止时间:2015-12-31 至 2023-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
We propose to implant single Rydberg atoms into bosonic and fermionic quantum gases at unprecedented spatial and temporal control with the aim to study quantum scattering and Transport phenomena in hybrid ion-atom systems and to devise new ways for probing quantum correlations in interacting quantum matter. These goals will be tackled in a quantum gas apparatus developed during the first funding period of the GiRyd program. The setup is conceivedfor simultaneous production of degenerate gases of Li and Rb. The apparatus incorporates an ion microscope for spatially and temporally resolved read-out of single ionized Rydberg atoms, serving as an integral part for the project objectives proposed here. Importantly,Rydberg blockade is used in our system to single out one isolated Rydberg impurity to start with. This isolated impurity forms the starting point for the following experiments. First, we will study collisions in hybrid ion-atom systems with the central goal to observe the so farunexplored regime of ion-atom quantum scattering at energies where only few partial waves contribute. Li appears as a prime candidate to reach the pure s-wave scattering regime due to its light mass. We intend to engineer controlled two-body collisions starting from preformed ultralong-range Rydberg molecules, with the goal to detect the collision process spatially resolved and at the level of a single scattering event. We will then go further and investigate three-body collisions in the hybrid system, which constitutes a major aspect forstudies of a stable ion impurity in a quantum many-body environment. The understanding of the few-body scattering physics finally forms the basis to investigate ion impurities immersed in quantum degenerate gases at high spatial resolution with particular focus on transportproperties. For all these studies, Rydberg atoms form the essential precursor for creating and controlling single ultra-low energy ions. The second part of the project aims to establish ultralong-range Rydberg molecules as a new tool for probing spatial correlations in a quantummany-body system. Building on our previous studies of single Rydberg atoms interacting with a Bose-Einstein condensate, we will extend these experiments to the case of degenerate Fermions. Given the compatible length scales of Fermi correlations and the Rydberg molecule size, we expect signatures of local pair correlations in the molecular excitation spectra. The Rydberg molecule’s tunable size may further offer a rather unique approach to probe spatial correlationfunctions.
我们提出在前所未有的时空控制下将单个里德伯原子植入玻色子和费米子量子气体中,目的是研究混合离子-原子系统中的量子散射和输运现象,并为探索相互作用量子物质中的量子相关性提供新的方法。这些目标将在量子气体装置中解决,该装置是在GiRyd计划的第一个资助期开发的。设想了同时产生Li和Rb简并气体的装置。该仪器包含一个离子显微镜,用于空间和时间分辨读出单电离里德伯原子,作为这里提出的项目目标的一个组成部分。重要的是,在我们的系统中,Rydberg封锁被用来挑选出一个孤立的Rydberg杂质开始。这种分离的杂质形成了下面实验的起点。首先,我们将研究混合离子-原子系统中的碰撞,其中心目标是在只有少数部分波贡献的能量下观察迄今尚未探索的离子-原子量子散射状态。由于Li的轻质量,它似乎是达到纯s波散射状态的主要候选者。我们打算从预制的超远程Rydberg分子开始设计受控的两体碰撞,目标是检测空间分辨的碰撞过程和单个散射事件的水平。然后,我们将进一步研究混合系统中的三体碰撞,这是研究量子多体环境中稳定离子杂质的一个主要方面。对少体散射物理的理解最终形成了以高空间分辨率研究沉浸在量子简并气体中的离子杂质的基础,特别是关注输运性质。在所有这些研究中,里德伯原子构成了创造和控制单个超低能离子的基本前体。该项目的第二部分旨在建立超远程里德伯分子,作为探测量子体系统中空间相关性的新工具。基于我们之前对单个里德伯原子与玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用的研究,我们将把这些实验扩展到简并费米子的情况。考虑到费米相关的长度尺度和里德伯分子大小的兼容,我们期望在分子激发光谱中存在局域对相关的特征。里德伯分子的可调大小可能进一步提供一种相当独特的方法来探测空间相关函数。
项目成果
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