原子物理学：単一イオンと極低温原子の間のフェッシュバッハ共鳴の観測

物理系とそのダイナミクスの個々の量子のレベルでの制御は、基礎科学と量子技術の両方を支えている。トラップされた原子や分子の系は、中性の系でも荷電した系でも、量子科学の最前線にある。そうした系の極めて高いレベルでの制御は、量子情報処理や量子計測における数多くの応用によって立証されている。これらの系を原子とイオンのハイブリッドトラップで組み合わせた際の系間の長距離相互作用の研究は、画期的な結果につながっている。しかし、量子力学が相互作用を支配する極低温領域（この領域では、例えば制御可能な散乱共鳴を利用できるようになる）に到達することは、これまで難しかった。今回我々は、¹³⁸Ba⁺イオンと⁶Li原子の間の磁気的に調整可能な相互作用を用いて、イオンと原子の間のフェシュバッハ共鳴を実証する。我々は、実験パラメーターを調整して、異なる相互作用過程を調べた。まず、三体反応とそれに伴う損失を増強して共鳴を特定し、次に、二体反応を卓越させて極低温原子浴においてイオンの共同冷却を調べた。今回の結果から、原子とイオンの相互作用についてより深い知見が得られ、複雑な多体系の実現や、実験的量子シミュレーションへの応用が可能になる。

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