論文の概要: Nuclear spin relaxation in cold atom-molecule collisions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.05363v1
• Date: Sat, 10 Dec 2022 21:06:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 19:09:36.448370
• Title: Nuclear spin relaxation in cold atom-molecule collisions
• Title（参考訳）: 低温原子分子衝突における核スピン緩和
• Authors: Rebekah Hermsmeier, Xiaodong Xing, Timur V. Tscherbul
• Abstract要約: 外部磁場中における構造を持たない原子との1Sigma+$分子の冷間衝突における核スピン緩和の量子力学について検討する。 核スピンサブレベル間の直接結合が欠如していることから,COの基底回転多様体における核スピン緩和は極めて遅いことが判明した。 いくつかの初期状態については、強い磁場依存性も観測しており、これは最初のボルン近似を用いて理解することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We explore the quantum dynamics of nuclear spin relaxation in cold collisions of $^1\Sigma^+$ molecules with structureless atoms in an external magnetic field. To this end, we develop a rigorous coupled-channel methodology, which accounts for rotational and nuclear spin degrees of freedom of $^1\Sigma^+$ molecules, their interaction with an external magnetic field, as well as for anisotropic atom-molecule interactions. We apply the methodology to study collisional relaxation of the nuclear spin sublevels of $^{13}$CO molecules immersed in a cold buffer gas of $^4$He atoms. We find that nuclear spin relaxation in the ground rotational manifold of CO occurs extremely slowly due to the absence of direct couplings between the nuclear spin sublevels. The rates of collisional transitions between the $N=1$ nuclear spin states of CO are generally much higher due to the direct nuclear spin-rotation coupling between the states. These transitions obey selection rules, which depend on the values of space-fixed projections of rotational and nuclear spin angular momenta for the initial and final molecular states. For some initial states, we also observe a strong magnetic field dependence, which can be understood using the first Born approximation. We use our calculated nuclear spin relaxation rates to investigate the thermalization of a single nuclear spin state of CO$(N=0)$ immersed in a cold buffer gas of He. The calculated nuclear spin relaxation times ($T_1\simeq 0.5$ s at $T=1$ K) display a steep temperature dependence decreasing rapidly at elevated temperatures due to the increased population of rotationally excited states, which undergo nuclear spin relaxation at a much faster rate. Thus, long relaxation times of $N=0$ nuclear spin states in cold collisions with buffer gas atoms can only be maintained at sufficiently low temperatures ($kT\ll 2B_e$), where $B_e$ is the rotational constant.
• Abstract（参考訳）: 外部磁場中の非構造原子を持つ^1\sigma^+$分子の冷間衝突における核スピン緩和の量子力学について検討する。 この目的のために我々は、$^1\Sigma^+$分子の自由度と核スピン度、外部磁場との相互作用、および異方性原子-分子相互作用を考慮に入れた厳密な結合チャネル法を開発した。 本手法を用いて, 低温緩衝ガスに浸漬した$^{13}$CO分子の核スピンサブレベルの衝突緩和の研究を行う。 核スピンサブレベル間の直接結合が欠如していることから,COの基底回転多様体における核スピン緩和は極めて遅いことが判明した。 COのN=1$核スピン状態間の衝突遷移の速度は、状態間の直接核スピン回転結合のため、一般的にはるかに高い。 これらの遷移は、初期および最終分子状態に対する回転および核スピン角モータの空間固定射影の値に依存する選択規則に従う。 いくつかの初期状態については、初生近似を用いて理解できる強い磁場依存性も観測する。 計算した核スピン緩和速度を用いて,Heの低温緩衝ガスに浸漬したCO$(N=0)$の単一核スピン状態の熱化を調べた。 計算された核スピン緩和時間(T_1\simeq 0.5$ s at $T=1$ K)は、核スピン緩和をはるかに速い速度で行う回転励起状態の増加による高温の急激な温度依存性を示す。 したがって、バッファーガス原子との冷間衝突におけるN=0$核スピン状態の長い緩和時間は十分な低温でしか維持できない(kT\ll 2B_e$)。

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