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Natura volume 614, pagine 59–63 (2023) Citare questo articolo

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Le risonanze di diffusione sono uno strumento essenziale per controllare le interazioni di atomi e molecole ultrafreddi. Tuttavia, non si prevede che le convenzionali risonanze di scattering Feshbach1, che sono state ampiamente studiate in varie piattaforme1,2,3,4,5,6,7, esistano nella maggior parte delle molecole polari ultrafredde a causa della rapida perdita che si verifica quando due molecole si avvicinano alla stessa distanza. a distanza ravvicinata8,9,10. Qui dimostriamo un nuovo tipo di risonanza di diffusione che è universale per un’ampia gamma di molecole polari. Le cosiddette risonanze legate al campo11,12,13,14 si verificano nella diffusione di molecole rivestite con microonde a causa di stati macroscopici tetramerici stabili nel potenziale intermolecolare. Identifichiamo due risonanze tra molecole di sodio-potassio allo stato fondamentale ultrafredde e utilizziamo le frequenze e le polarizzazioni delle microonde per regolare il tasso di collisione anelastico di tre ordini di grandezza, dal limite unitario a ben al di sotto del regime universale. La risonanza collegata al campo fornisce una manopola di regolazione per controllare in modo indipendente l'interazione del contatto elastico e l'interazione dipolo-dipolo, che osserviamo come una modifica nel tasso di termalizzazione. Il nostro risultato fornisce una strategia generale per lo scattering risonante tra molecole polari ultrafredde, che apre la strada alla realizzazione di superfluidi dipolari15 e supersolidi molecolari16, nonché all’assemblaggio di molecole poliatomiche ultrafredde.

Le molecole polari ultrafredde con momenti di dipolo sintonizzabili forniscono una potente piattaforma per simulazioni quantistiche17,18, computazione quantistica19,20 e chimica ultrafredda21. Le risonanze di diffusione sono strumenti a lungo ricercati in questi sistemi, che sono stati essenziali negli esperimenti sugli atomi ultrafreddi per controllare l'interazione di contatto e per creare fasi quantistiche fortemente correlate22, nonché per produrre molecole biatomiche ultrafredde1. Si prevede che il controllo indipendente sul contatto e sulle interazioni a lungo raggio nelle molecole ultrafredde consenta la realizzazione di nuovi fenomeni quantistici come goccioline esotiche autolegate e fasi quantistiche supersolide16. Inoltre, le misurazioni delle risonanze di diffusione forniscono un punto di riferimento accurato per i calcoli della superficie energetica del potenziale molecolare3,21 e aprono una nuova strada nella chimica quantistica controllata5.

Una risonanza di diffusione si verifica quando lo stato di diffusione si accoppia fortemente con uno stato quasi legato. A seconda che lo stato quasi legato sia ospitato dallo stesso canale o da un canale diverso rispetto al canale di scattering, la risonanza è classificata rispettivamente come risonanza di forma o risonanza di Feshbach. La forma e le risonanze di Feshbach sono state osservate nelle collisioni atomo-molecola e molecola-molecola scansionando l'energia di collisione utilizzando fasci molecolari a temperature Kelvin e subkelvin21,23,24,25,26. Nel regime ultrafreddo (submicrokelvin), le risonanze di scattering sono spesso indotte da un campo elettromagnetico esterno che sposta l'energia relativa tra lo stato quasi legato e lo stato di scattering1. Risonanze di Feshbach magneticamente sintonizzabili sono state osservate in collisioni tra molecole di Feshbach debolmente legate2,4 e recentemente tra molecole di NaLi nello stato fondamentale di tripletto di spin6. Tuttavia, lo schema di sintonizzazione magnetica essenziale per le risonanze di Feshbach richiede uno spin elettronico diverso da zero ed è quindi improbabile che trovi applicazione per le molecole bialcaline nello stato fondamentale con spin singoletto. Lo stato fondamentale assoluto con spin singoletto delle molecole bialcaline è di particolare interesse, poiché è l'unico stato di lunga durata in cui le molecole presentano forti interazioni dipolo-dipolo elettrico (DDI). Inoltre, non si prevede che si verifichino risonanze di Feshbach tra molecole dello stato fondamentale in presenza di una perdita quasi universale, a causa dell'elevata densità degli stati tetramerici vicino alla soglia collisionale e dei meccanismi di perdita associati ai complessi collisionali8,9,10. Rimane quindi aperto un metodo generale per realizzare risonanze collisionali di molecole dipolari ultrafredde.