光格子中の量子縮退混合系を用いたアンダーソン・ハバード量子シミュレータの実現

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光格子中のイッテルビウム（Yb）-リチウム（Li）混合系を用いた不純物系の量子シミュレーションを実現する上で重要なのが、Yb-Li間のフェッシュバッハ共鳴による原子間相互作用の制御である。しかし、基底状態同士のフェッシュバッハ共鳴は1kG付近の非常に高磁場に位置するうえ、幅が数mG以下と非常に狭いことが理論的に予測されている。そこで我々はYbのもつ準安定な電子励起状態である3P2状態と基底状態Li間のフェッシュバッハ共鳴に着目している。本年度はこのYb(3P2)-Li間フェッシュバッハ共鳴観測に向けて、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突特性を詳細に調べた。実験は以下の様な手順で行った。まずYb-Liの量子縮退混合系を用意し、波長532nmのレーザーで作る光格子に断熱的に導入し、Ybのモット絶縁体を作る。このとき光格子はYbがモット絶縁体として格子点に局在するような深さであるが、Liは格子点に留まることなく3次元的な気体となっている。Ybのモット絶縁体に対して3P2分光を行うと、格子点の占有数に対応した周波数のシフトが観測される。これは1S0-3P2遷移が超狭線幅遷移であり、格子点中の原子間相互作用に比べて線幅が十分狭いためである。占有数1のYb原子を励起し、保持時間後に残った3P2原子を測定する。このように光格子中で測定を行うことにより、3P2-3P2や3P2-1S0の衝突を排し、測定したいYb(3P2)-Liの衝突だけを観測することができる。Li原子の密度を変えて3P2状態の寿命測定を繰り返し、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突係数を決定した。また、この光格子を用いた手法により、格子点の占有数別に2体、3体、4体の非弾性衝突を分離して測定することにも成功した。