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中山大学罗乐团队在超冷原子p波相互作用的精密测量中取得重要进展

2025/10/20

中山大学物理与天文学院罗乐教授团队在锂-6超冷费米气体中,精确测量并证实了p波费什巴赫共振中由自旋-轨道作用导致的偶极分裂反转现象,9月22日,相关成果发表在国际著名期刊《物理评论快报》(Physics Review Letters)。

超冷原子的量子散射是原子物理的前沿研究领域。与各向同性的s波不同,携带轨道角动量的p波散射呈各向异性,是冷原子体系中实现拓扑量子物态的关键因素。然而,精确测量p波共振极具挑战,通常需要对磁场环境进行百万分之一精度的调控

团队经过多年探索成功研发出高精度磁场控制与噪声抑制技术,将超冷原子所处约几百高斯磁场的噪声抑制至0.0001高斯量级。在此基础上,利用高分辨率原子损失谱方法,对锂-6超冷费米气体中的p波费什巴赫共振进行了细致扫描,在185高斯附近解析出间距仅3.5±0.1毫高斯的双峰结构。分子动量谱实验进一步揭示,p波相互作用中不同分子轨道的能级顺序强烈依赖于自旋构型,轨道-自旋的耦合方式形成了四种不同的共振能量(图1)。

这一结果揭示了自旋混合锂-6超冷费米气体中p波相互作用的微小结构,并发现全新的相互作用调控维度,对拓扑量子材料和量子模拟具有重要意义。

中山大学罗乐团队在超冷原子p波相互作用的精密测量中取得重要进展

图1:p波轨道中自旋依赖的偶极-偶极相互作用示意图。(a) 自旋极化体系中, |ml|=1呈排斥势。(b) 自旋混合体系中,|ml|=1呈吸引势,导致能级反转。

中山大学2023级博士生彭帅、2024级博士生任丽君以及2023级硕士生彭思佳为论文共同第一作者,李佳明副教授和罗乐教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、中山大学高校基本科研业务费及深圳市科技项目的支持。


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