Local and single atom resolved study of non-linear excitation dynamics and dissipation in off-resonantly driven Rydberg gases

非共振驱动里德堡气体中非线性激发动力学和耗散的局部和单原子解析研究

基本信息

项目摘要

Rydberg atoms in optical lattices provide a unique platform for the study of quantum many-body physics. Distinct to other systems, strong long-range interactions govern the physics of such Rydberg lattice gases. In most experiments realized so far interaction effects stemmed from the long-distance van-der-Waals or dipole-dipole interaction between the Rydberg atoms. However, their two-body interaction potentials are extremely rich at short distances and provide a little explored resource for many-body physics.We plan to study this short-range physics in laser coupled Rydberg many-body systems with local detection of the Rydberg atoms. In particular we aim at the study of facilitated systems arising from the interplay of nonlinear excitation and dissipation. We will explore non-equilibrium dynamics in these systems and aim to link them to phenomena found in soft-matter systems, especially glasses. In the atomic system, not only the nonlinear excitation can be controlled by the choice of the Rydberg states and laser detuning, but also the dissipation can be tuned via controlled addition of laser phase noise or additional laser coupling to low lying states. We plan to study such dissipative systems not only in the classical, but also in the quantum regime.Our study will shed light on short-range dissipative processes in off resonantly coupled Rydberg gases. The understanding of these processes is required to realize Rydberg dressed systems in the continuum. These promise the implementation of long-range interacting quantum systems of mobile atoms, with the prospect of realizing and studying fascinating novel quantum states such as supersolids.Distinct to other available experimental platforms, we will study Rydberg physics starting with the perfectly ordered Mott insulating state of atoms in a single plane of an optical lattice. The small system sizes of up to 200 particles allow for a bottom up study of the arising many-body physics including the dimensional dependence by changing from one- to two-dimensional systems. We will use a local detection technique build on top of our rubidium-87 quantum gas microscope to observe the Rydberg atoms in situ with single lattice site resolution.This project clearly belongs to the many-body physics part of the GiRyd program. The combination of available technology in our experiment is unique within GiRyd in terms of preparation and detection capabilities enabling unique studies of dissipative many-body systems not possible in any other existing setup.
光学晶格中的Rydberg原子为研究量子多体物理学提供了独特的平台。与其他系统不同,强烈的远程相互作用控制着这种Rydberg晶格气体的物理。在大多数实验中,到目前为止的相互作用效应源于rydberg原子之间的长距离范德 - 瓦尔斯或偶极 - 偶极相互作用。但是,它们的两体相互作用电位在短距离内非常丰富,并为多体物理学提供了一些探索的资源。我们计划在激光耦合的Rydberg多体系统中研究这种短距离物理学,并对Rydberg原子进行局部检测。特别是,我们旨在研究非线性激发和耗散相互作用引起的促进系统。我们将探索这些系统中的非平衡动力学,并旨在将它们与软性系统(尤其是眼镜)中的现象联系起来。在原子系统中,不仅可以通过Rydberg状态和激光失调的选择来控制非线性激发,而且还可以通过受控的激光相位噪声或其他激光耦合在低谎言状态下调节耗散。我们计划不仅在古典中,而且在量子制度中研究这种耗散系统。需要对这些过程的理解才能实现连续体中的Rydberg着装系统。这些有望实施移动原子的长距离相互作用的量子系统,并有实现和研究迷人的新型量子状态(例如SuperSolids)的前景。符合其他可用的实验平台,我们将研究Rydberg物理学,从完美有序的Mott Mott Mott绝缘的原子状态下,在单个光学lattice的单个平面中。多达200个颗粒的小型系统尺寸可以通过从一维系统转换为尺寸依赖性(包括维度依赖性)的自下而上研究。我们将使用基于Rubidium-87量子气体显微镜的局部检测技术来观察单个晶格站点分辨率的原位Rydberg原子。此项目显然属于Giryd计划的多体物理学部分。在我们的实验中,在Giryd中,可用技术在准备和检测功能方面是独一无二的,从而实现了对任何其他现有设置都无法对耗散性多体系统进行独特的研究。

项目成果

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