極低温気体：マイクロ波場結合した極低温四原子分子

極低温多原子分子は、その内部構造が豊かなため、低温化学、精密測定、量子情報処理に適した状況をもたらす。しかし、多原子分子は二原子分子と比べてより複雑であるため、従来の冷却技術を用いるのが困難になる。今回我々は、マイクロ波ドレスト極性分子の縮退フェルミ気体において、マイクロ波場結合共鳴を通して、電気会合によって弱く束縛された極低温多原子分子を作り出す手法を実証する。我々は、基底状態のNaK分子から出発し、134(3) nKという、これまでに実現された四原子分子の3000分の1以下の低温で位相空間密度が0.040(3)の、弱く束縛された四原子の(NaK)₂分子を約1.1 × 10³個作り出した。自由空間での四量体の最大寿命が8(2) msで、光双極子トラップの存在下でも顕著な変化はないことが観測され、この四量体が衝突に対し安定であることが示された。我々はまた、マイクロ波場変調によって解離した四量体を直接撮像し、運動量空間における四量体の波動関数の異方性を調べた。今回の結果は、弱く束縛された極低温多原子分子をより小さい極性分子から集合させる汎用ツールを実証しており、これは、多原子分子のボース・アインシュタイン凝縮や、双極子バーディーン–クーパー–シュリーファー超流動体から四量体のボース・アインシュタイン凝縮への新たなクロスオーバーに向けた重要なステップである。さらに、長寿命のマイクロ波場結合状態は、深い束縛四量体状態への決定論的な光学的移行の理想的な出発点となる。

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