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鍶原子光晶格鐘平臺上首次觀測到弗洛凱準(zhǔn)粒子干涉效應(yīng)

發(fā)布時間:2022-04-14 16:40:06

  作為下一代時間標(biāo)準(zhǔn)的重要候選者之一,鍶原子光晶格鐘平臺具有超強(qiáng)穩(wěn)定性和超高準(zhǔn)確性等特點(diǎn),它也是量子精密測量的利器,可精確探測相對論紅移效應(yīng)以及引力波等。根據(jù)弗洛凱(Floquet)理論,當(dāng)一個量子系統(tǒng)被周期性驅(qū)動時,會激發(fā)出弗洛凱準(zhǔn)粒子;如果采用兩種不同的模式同時驅(qū)動,所產(chǎn)生的弗洛凱準(zhǔn)粒子間的相對相位可導(dǎo)致量子干涉效應(yīng)。但至今,人們一直未觀測到這種量子干涉效應(yīng)。

  最近,來自重慶大學(xué)物理學(xué)院的汪濤博士和張學(xué)鋒教授帶領(lǐng)的理論團(tuán)隊,與中國科學(xué)院國家授時中心常宏研究員帶領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊緊密合作,在國際上首次觀測到弗洛凱準(zhǔn)粒子的干涉效應(yīng) [1]。實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1(a)所示,其中鍶原子被冷卻到3μK,并被囚禁在光晶格中。當(dāng)晶格激光頻率被周期性驅(qū)動時,鍶原子會被激發(fā)出的弗洛凱準(zhǔn)粒子所包圍,在這些弗洛凱準(zhǔn)粒子的輔助作用下,鍶原子會在其能級與鐘激光頻率不匹配的情況下發(fā)生躍遷。如果同時驅(qū)動晶格激光和探測激光,激發(fā)出的弗洛凱準(zhǔn)粒子間的初始相位差會導(dǎo)致干涉效應(yīng)。因此,初始相位差的調(diào)控便成為了實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。為此,需要將驅(qū)動頻率限制在百赫茲量級甚至以下。

試驗(yàn)裝置示意圖

  在課題組所采用的鍶原子光晶格鐘平臺中,鐘激光的頻率可達(dá)到驚人的毫赫茲級別 [2],為實(shí)驗(yàn)成功奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。此項(xiàng)研究成果不僅有助于深入地理解弗洛凱理論,同時也實(shí)現(xiàn)了光晶格鐘平臺上量子模擬從“0”到“1”突破。作為應(yīng)用,如果將相對相位與量子材料中的動量相對應(yīng),則可將描述系統(tǒng)的哈密頓量與描述長程相互作用的Su-Schrieffer-Heeger模型完全對應(yīng)起來,從而很好地模擬高拓?fù)鋽?shù)的一維拓?fù)浣^緣體。


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