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.
我们建议将单个里德堡原子以前所未有的时空控制注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,并设计新的方法来探索相互作用量子物质中的量子关联。这些目标将在GiRyd计划的第一个资助期内开发的量子气体装置中实现。该装置设想用于同时生产Li和Rb的简并气体。该装置包括一个离子显微镜,用于对单个电离里德堡原子进行空间和时间分辨读出,是这里提出的项目目标的组成部分。重要的是,里德堡封锁在我们的系统中被用来从一开始就挑出一个孤立的里德堡杂质。这种孤立的杂质构成了以下实验的起点。首先,我们将研究混合离子-原子系统中的碰撞,中心目标是在只有很少分波贡献的能量下观察到迄今未被探索的离子-原子量子散射的区域。由于锂的轻质量,它似乎是达到纯S波散射体系的主要候选者。我们打算从预制的超长距离里德堡分子开始设计可控的两体碰撞,目标是探测空间分辨的碰撞过程,并在单个散射事件的水平上。然后,我们将进一步研究混合系统中的三体碰撞,这是在量子多体环境中研究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浸入量子简并气体中的离子杂质的基础,特别是对输运性质的关注。在所有这些研究中,里德堡原子形成了产生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长距离里德堡分子,作为探测量子多体系统中空间关联的新工具。基于我们之前对单个里德堡原子与玻色-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。给定费米关联和里德堡分子大小的兼容长度标度,我们预计分子激发光谱中会出现局部对关联的特征。Rydberg分子的可调节大小可能进一步为探测空间关联函数提供了一种相当独特的方法。
项目成果
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