Ce travail est isolé : il n'y a presque rien à proximité, le plus proche voisin est à une distance de 0.517. Autour se trouvent des recherches sur le refroidissement laser, le compactage quantique de molécules, des puces combinant lumière et son, et des interrupteurs atomiques pour la lumière. Le courant dominant des voisins est le contrôle de la lumière et du son à l'échelle microscopique, ainsi que le refroidissement jusqu'à l'ordre quantique. Cet article se distingue en travaillant avec un gaz volumique de molécules bosoniques et en utilisant un champ électrique statique pour supprimer les collisions, alors que les travaux voisins se concentrent sur des méthodes laser ou se limitent à des systèmes fermioniques.
Les molécules 23Na87Rb ont été préparées à partir d'atomes ultrafroids de sodium et de rubidium par association magnétique, suivie d'un transfert par STIRAP dans l'état rotationnel fondamental. Huit électrodes ont été placées autour du nuage moléculaire pour créer un champ électrique statique uniforme. Le champ a été réglé près de la résonance de Förster, où deux états de paires rotationnelles sont presque dégénérés. Le couplage dipôle-dipôle entre eux génère une barrière répulsive à courte distance qui empêche les molécules de se rapprocher et d'entrer dans des processus inélastiques. Les pertes ont été mesurées en maintenant le gaz dans un piège dipolaire optique et en suivant le nombre de molécules et la température au fil du temps par imagerie en temps de vol. Pour modéliser la formation des gouttelettes, la méthode de Monte Carlo par intégrales de chemin a été utilisée.
L'application du champ au-dessus de la résonance de Förster a supprimé les pertes à deux corps jusqu'à quatre ordres de grandeur : le coefficient de pertes est passé de 3.8×10⁻¹⁰ à moins de 3×10⁻¹⁴ cm³/s. Dans la région sans états liés, les pertes à trois corps se sont également révélées fortement supprimées. L'évaporation du gaz avec une efficacité de 2.09(9) a augmenté la densité de phase de deux ordres de grandeur, atteignant la dégénérescence quantique avec 7200(1000) molécules à une température de 44(4) nK. À la fin de l'évaporation, une gouttelette compacte de 230(80) molécules est apparue. Sa taille n'a pas changé lors de l'expansion, ce qui indique un caractère auto-lié. Des gouttelettes ont été observées dans une large gamme de champs, et pour de grands désaccords de Förster, elles se formaient même à partir d'un gaz parent non dégénéré. Les simulations ont montré que les gouttelettes ont une structure filamenteuse, allongée le long du champ.
Contrairement aux travaux voisins, qui se concentrent sur des méthodes laser ou des systèmes fermioniques, cette étude démontre pour la première fois un blindage statique pour des molécules bosoniques en volume tridimensionnel. Elle montre qu'un seul champ suffit pour supprimer simultanément les pertes à deux et à trois corps, ce qui était auparavant considéré comme un problème nécessitant deux champs micro-ondes. Cela ouvre une voie plus simple vers les gaz moléculaires quantiquement dégénérés. De plus, l'observation de gouttelettes auto-liées issues d'un gaz non dégénéré indique un nouveau mécanisme de stabilisation, distinct des fluctuations quantiques de Lee-Huang-Yang.
Le sujet pourrait évoluer vers la combinaison du champ statique avec un champ micro-onde unique pour un réglage supplémentaire des interactions. Le transfert des molécules dans une géométrie quasi bidimensionnelle à des températures supérieures à la température de formation des gouttelettes pourrait stabiliser la phase gazeuse et permettre d'étudier les transitions entre l'état superfluide, les phases cristallines et d'éventuelles phases supersolides. La géométrie quasi bidimensionnelle est également compatible avec un microscope à gaz quantique, ouvrant la voie à des études microscopiques du modèle de Bose-Hubbard étendu avec des interactions dipolaires à longue portée.
Les résultats influenceront la physique des molécules ultrafroides, la simulation quantique à N corps et la recherche sur la matière quantique dipolaire.
Les prochaines étapes comprennent la vérification de la structure filamenteuse prédite des gouttelettes, par exemple en tournant la direction du champ électrique perpendiculairement à l'axe d'imagerie, et l'étude du diagramme de phase à température finie.
Ce travail est lié au problème non résolu de l'obtention de la dégénérescence quantique dans les gaz moléculaires bosoniques tout en maintenant le contrôle des interactions dipolaires. Il aborde également la question des mécanismes de stabilisation des gouttelettes dipolaires auto-liées en dehors du régime des fluctuations quantiques.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Cette étude démontre l'utilisation d'un champ électrique statique près de la résonance de Förster pour supprimer les pertes inélastiques dans un gaz de molécules bosoniques NaRb, ce qui a permis d'atteindre la dégénérescence quantique et d'observer des gouttelettes auto-liées.
Où est sa force
La force clé réside dans la suppression simultanée des pertes à deux et à trois corps par un seul champ statique, ce qui simplifie la voie vers les gaz moléculaires dégénérés et ouvre un nouveau mécanisme de stabilisation des gouttelettes.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
Ce résultat pourrait servir de base à des expériences plus simples et plus évolutives avec des gaz moléculaires quantiquement dégénérés, ce qui est important pour la simulation quantique, les mesures de précision et l'étude de nouvelles physiques à N corps avec des interactions à longue portée.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.55, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
Une gouttelette de 230 molécules a une densité d'environ 6.3×10¹³ cm⁻³, soit des milliers de fois plus dense qu'un gaz moléculaire ultrafroid typique, et ne vit que 260 millisecondes.
Les structures filamenteuses auto-liées de molécules ultrafroides rappellent des formes exotiques de matière de la science-fiction, comme les « cristaux filamenteux » dans le roman de Greg Egan, « La Cité des permutants ».