極低温気体：光子媒介相互作用によるユニタリーフェルミ気体の密度波秩序化

密度波（DW）は、結晶構造への自己組織化と関わる量子物質における基本的なタイプの長距離秩序である。DW秩序と超流動の協奏は、理論解析に大きな難題を課す複雑なシナリオをもたらす可能性がある。過去数十年間、パラメーター可変な量子フェルミ気体は、中でも注目すべきものとして、磁気秩序化、対形成と超流動、バーディーン–クーパー–シュリーファー超流動体からボース・アインシュタイン凝縮体へのクロスオーバーを含む、強相関フェルミオンの物理を探るモデル系としての役割を果たしてきた。今回我々は、横方向から駆動される高フィネス光共振器において、強くて可変な接触相互作用と、光子が媒介する空間的に構造化した長距離相互作用を両方有するフェルミ気体を実現した。長距離相互作用の臨界強度を上回ると、この系においてDW秩序が安定化し、我々はこれを超放射光散乱特性によって特定した。我々は、バーディーン–クーパー–シュリーファー超流動体とボース・アインシュタイン凝縮体のクロスオーバー領域にわたって接触相互作用を変化させた際のDW秩序の始まりの変化を定量的に測定しており、これは、平均場理論と定性的に一致していた。また、自己秩序化のしきい値より下で長距離相互作用の強さと符号を調整すると、原子DW磁化率が1桁以上変化し、これによって接触相互作用と長距離相互作用を独立かつ同時に制御できることが実証された。従って、我々の実験装置は、超流動とDW秩序の協奏を実験的に研究するための完全に可変で微視的に制御可能なプラットフォームを提供するものである。

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