論文の概要: Dicke superradiance in ordered arrays of multilevel atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.00093v2
• Date: Mon, 18 Mar 2024 18:21:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-21 01:40:47.395686
• Title: Dicke superradiance in ordered arrays of multilevel atoms
• Title（参考訳）: 多レベル原子の秩序配列におけるディック超放射能
• Authors: Stuart J. Masson, Jacob P. Covey, Sebastian Will, Ana Asenjo-Garcia,
• Abstract要約: 逆原子アンサンブルでは、光子を介する相互作用は多体崩壊の一形態であるディック超放射性を引き起こす。 そこで本研究では,アルカリ性アース(-様)原子の規則配列を用いた現実的な実験環境下でのDicke超放射能について検討する。 我々の研究はアルカリ原子を量子光学源として利用するための重要なステップである。
• 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: In inverted atomic ensembles, photon-mediated interactions give rise to Dicke superradiance, a form of many-body decay that results in a rapid release of energy as a photon burst. While originally studied in pointlike ensembles, this phenomenon persists in extended ordered systems if the inter-particle distance is below a certain bound. Here, we investigate Dicke superradiance in a realistic experimental setting using ordered arrays of alkaline-earth(-like) atoms, such as strontium and ytterbium. Such atoms offer exciting new opportunities for light-matter interactions as their internal structure allows for trapping at short interatomic distances compared to their long-wavelength transitions, providing the potential for collectively enhanced dissipative interactions. Despite their intricate electronic structure, we show that two-dimensional arrays of these atomic species should exhibit many-body superradiance for achievable lattice constants. Moreover, superradiance effectively ``closes'' transitions, such that multilevel atoms become more two-level like. This occurs because the avalanchelike decay funnels the emission of most photons into the dominant transition, overcoming the single-atom decay ratios dictated by their fine structure and Zeeman branching. Our work represents an important step in harnessing alkaline-earth atoms as quantum optical sources and as platforms to explore many-body dissipative dynamics.
• Abstract（参考訳）: 逆原子アンサンブルでは、光子を媒介とする相互作用は多体崩壊の形で、光子バーストとしてエネルギーが急速に放出される。 元々は点のようなアンサンブルで研究されていたが、粒子間距離が一定の境界以下であれば、この現象は拡張順序系で継続する。 ここでは, ストロンチウムやイッテルビウムなどのアルカリ性アース(-様)原子の配列を順序付けして, 現実的な実験環境下でのDicke超放射能について検討する。 このような原子は、内部構造が長い波長の遷移に比べて短い原子間距離でトラップできるので、光と物質の相互作用にエキサイティングな新しい機会を与える。 その複雑な電子構造にもかかわらず、これらの原子種の2次元配列は達成可能な格子定数に対して多体超放射性を示すことが示される。 さらに、超放射能は、マルチレベル原子がより2レベルになるような「クローゼス」遷移を効果的に行う。 これは、アバランシェ様の崩壊がほとんどの光子の放出を支配的な遷移に導いており、その微細構造とゼーマン分岐によって予測される単原子の崩壊比を克服しているためである。 我々の研究は、アルカリ原子を量子光学源として利用し、多体散逸動力学を探求するためのプラットフォームとして利用するための重要なステップである。

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