論文の概要: Directional superradiance in a driven ultracold atomic gas in free-space
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.15556v1
- Date: Fri, 22 Mar 2024 18:14:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-26 22:02:34.116038
- Title: Directional superradiance in a driven ultracold atomic gas in free-space
- Title（参考訳）: 自由空間における超低温原子ガスの方向超放射
- Authors: Sanaa Agarwal, Edwin Chaparro, Diego Barberena, A. Piñeiro Orioli, G. Ferioli, S. Pancaldi, I. Ferrier-Barbut, A. Browaeys, A. M. Rey,
- Abstract要約: 我々は,双極子-双極子相互作用を介して相互作用しながら,強コヒーレント駆動によって照らされた密接なアンサンブルを研究する。
定常状態は、報告された超放射能と通常の非誘起遷移にいくつかの類似性があるが、有意な質的および定量的な差異を観察する。
相互作用平衡不均一効果と自然放出を考慮した簡単な理論モデルを構築した。
- 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: Ultra-cold atomic systems are among the most promising platforms that have the potential to shed light on the complex behavior of many-body quantum systems. One prominent example is the case of a dense ensemble illuminated by a strong coherent drive while interacting via dipole-dipole interactions. Despite being subjected to intense investigations, this system retains many open questions. A recent experiment carried out in a pencil-shaped geometry reported measurements that seemed consistent with the emergence of strong collective effects in the form of a ``superradiant'' phase transition in free space, when looking at the light emission properties in the forward direction. Motivated by the experimental observations, we carry out a systematic theoretical analysis of the system's steady-state properties as a function of the driving strength and atom number, $N$. We observe signatures of collective effects in the weak drive regime, which disappear with increasing drive strength as the system evolves into a single-particle-like mixed state comprised of randomly aligned dipoles. Although the steady-state features some similarities to the reported superradiant to normal non-equilibrium transition, also known as cooperative resonance fluorescence, we observe significant qualitative and quantitative differences, including a different scaling of the critical drive parameter (from $N$ to $\sqrt{N}$). We validate the applicability of a mean-field treatment to capture the steady-state dynamics under currently accessible conditions. Furthermore, we develop a simple theoretical model that explains the scaling properties by accounting for interaction-induced inhomogeneous effects and spontaneous emission, which are intrinsic features of interacting disordered arrays in free space.
- Abstract（参考訳）: 超低温原子系は、多体量子系の複雑な挙動に光を当てる可能性を持つ最も有望なプラットフォームの一つである。
1つの顕著な例は、双極子-双極子相互作用を介して相互作用しながら強いコヒーレント駆動によって照らされた密度のアンサンブルの場合である。
厳しい調査を受けたにもかかわらず、このシステムには多くのオープンな疑問が残る。
鉛筆形状の幾何学で最近行われた実験では、前向きの発光特性を見るとき、自由空間における ‘superradiant' 相転移の形で強い集団効果が出現したように思われたと報告された。
実験により, 駆動強度と原子番号の関数として, 系の定常特性の系統的理論的解析を行った。
システムがランダムに整列された双極子からなる単一粒子状混合状態へと進化するにつれて、駆動強度の増大とともに消滅する弱い駆動系における集合効果のシグネチャを観察する。
定常状態は、報告された超ラジカルと通常の非平衡遷移(共振蛍光とも呼ばれる)にいくつかの類似性があるが、臨界駆動パラメータのスケーリング($N$から$\sqrt{N}$)を含む、有意な定性的および定量的な差異を観察する。
我々は,現在アクセス可能な条件下での定常状態のダイナミクスを捉えるために,平均場処理の適用性を検証する。
さらに,自由空間における不均一な配列の相互作用の内在的特徴である,相互作用による不均一な効果と自然発生を考慮した,スケーリング特性の簡易な理論的モデルを構築した。
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