Rydberg-Rydberg interactions and ultracold Rydberg-Rydberg molecules

里德伯-里德伯相互作用和超冷里德伯-里德伯分子

基本信息

项目摘要

Ultracold atomic gases offer unprecedented opportunities to explore the quantum physics of many-body systems and are versatile model systems for investigating quantum matter and associated exotic phenomena. Much of the success in these areas can be attributed to the outstanding level of control possible over ultracold atoms, and to the development of powerful new methods which can provide direct access to the macroscopic and microscopic properties of these novel systems.We propose to make use of the exceptional properties of highly-excited Rydberg atoms in dense quantum gases, in particular their tunable long-range interactions, to enter the realm of strongly-correlated many-body physics with this intriguing atomic model system. We introduce a new optical method to directly image individual Rydberg atoms within a quantum gas, providing even greater experimental access to new physical regimes. This method based on electromagnetically induced transparency, in combination with the tunable strong interactions between Rydberg atoms will provide us with enhanced sensitivity, high-resolution single-shot images of individual Rydberg atoms within a trapped gas of ground state atoms or a Bose-Einstein condensate. This new capability to directly image the Rydberg atoms will provide immediate experimental access to recently predicted crystalline states of Rydberg gases in the dipole blockade regime, to dipolar quantum gases through Rydberg-dressing, and to the study of many-particle entanglement with mesoscopic atomic ensembles. The anticipated outcomes will shed light on the fundamental issues concerning quantum dynamics and entanglement in many-body quantum systems and will contribute to a better understanding of complex phenomena in strongly-correlated regimes.
超冷原子气体为探索多体系统的量子物理学提供了前所未有的机会,并且是用于研究量子物质和相关奇异现象的多功能模型系统。这些领域的成功很大程度上归功于对超冷原子的卓越控制水平,以及强大的新方法的发展,这些方法可以直接了解这些新颖系统的宏观和微观性质。我们建议利用致密量子气体中高激发里德伯原子的特殊性质,特别是它们的可调谐长程相互作用,进入强相关多体领域 物理学与这个有趣的原子模型系统。我们引入了一种新的光学方法来直接对量子气体中的单个里德伯原子进行成像,从而为新的物理状态提供了更大的实验途径。这种基于电磁感应透明度的方法,与里德伯原子之间的可调谐强相互作用相结合,将为我们提供基态原子或玻色-爱因斯坦凝聚体捕获气体中单个里德伯原子的增强灵敏度、高分辨率单次图像。这种直接对里德堡原子成像的新能力将提供直接的实验途径,以了解最近预测的偶极子封锁状态下的里德堡气体的晶态,通过里德堡修饰获得偶极量子气体,以及研究多粒子与介观原子系综的纠缠。预期的结果将揭示有关多体量子系统中的量子动力学和纠缠的基本问题,并将有助于更好地理解强相关体系中的复杂现象。

项目成果

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An experimental approach for investigating many-body phenomena in Rydberg-interacting quantum systems
  • DOI:
    10.1007/s11467-013-0396-7
  • 发表时间:
    2013-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    C. Hofmann;G. Günter;H. Schempp;N. Müller;A. Faber;H. Busche;M. Robert-de-Saint-Vincent;S. Whitlock;M. Weidemüller
  • 通讯作者:
    C. Hofmann;G. Günter;H. Schempp;N. Müller;A. Faber;H. Busche;M. Robert-de-Saint-Vincent;S. Whitlock;M. Weidemüller
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