非简并分子气体中的巡游碰撞自旋动力学理论

该研究团队探索了具有自旋1/2自由度的超冷非简并极性分子完全巡游动力学,其自旋自由度通过两个电场修饰的转动态进行编码。研究人员利用一维光学晶格强束缚将分子质心运动限制在二维平面,同时保持面内运动基本不受约束。这种赝自旋可通过超冷偶极碰撞形成纠缠态,自由分子运动大幅放松了相互作用局域性限制。在单分子观测层面,碰撞诱导的纠缠表现为自旋退相干现象——理论计算很好地描述了美国JILA实验室对准二维约束KRb分子开展的拉姆齐对比度实验[Carroll等,《科学》388卷6745期(2025年)]。针对KRb实验的深入理论分析揭示了一个关键发现:粒子交换对称性增强的分子损失可抑制集体自旋退相干,该机制被称为"损失诱导量子自选择效应"。研究进一步表明,采用偶极矩足够大的双碱金属分子时,通过电场可调的约束诱导碰撞屏蔽效应,可在所有碰撞通道中实现近乎完全的损失抑制。获得的碰撞稳定性允许实现完全相干的自旋混合动力学,本质上实现了具有全随机连接和U(1)电荷守恒特性的幺正电路动力学。该工作在超冷分子碰撞与多体自旋物理领域架起桥梁,最终提出将非简并体相分子气体作为可控平台,用于巡游量子物质的非平衡态研究。

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