物理：単一電子とボース・アインシュタイン凝縮体を結合させる

電子と物質との結合は、電気伝導度などの材料特性の理解の核心にある。電子–フォノン結合によって反発する2個の電子からクーパー対が形成され、これがバーディーン・クーパー・シュリーファー超伝導の基礎となっている。今回我々は、単一局在電子とボース・アインシュタイン凝縮体との相互作用を調べ、電子がフォノンを励起でき、最終的には凝縮体全体の集団振動を引き起こすことを示している。また我々は、イオン性不純物の場合と比較して、さらに有利な質量比を持つため、結合が驚くほど強いことを見いだしている。電子は、単一電荷を持つイオンコアによって所定の位置に維持され、リュードベリ束縛状態を形成する。このリュードベリ電子は、8 μmの大きさまで広がった波動関数によって表され、その大きさは凝縮体と同程度である。主量子数n = 202に相当するそのような状態において、リュードベリ電子は、その軌道内に含まれる数万個の凝縮体原子と相互作用している。さらに、我々は、予想外に長い寿命と、凝縮体の外側領域を動く電子によってもたらされる有限サイズ効果を観測している。我々は、今後の電子軌道画像化の実験、単一電子のフォノン媒介結合に関する研究、量子光学への応用などが行われるだろうと予想している。

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