論文の概要: Fluctuation thermometry of an atom-resolved quantum gas: Beyond the fluctuation-dissipation theorem

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.05132v1
• Date: Fri, 07 Feb 2025 18:11:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-10 14:55:12.539931
• Title: Fluctuation thermometry of an atom-resolved quantum gas: Beyond the fluctuation-dissipation theorem
• Title（参考訳）: 原子分解量子気体のゆらぎ温度測定--ゆらぎ散逸定理を超えて-
• Authors: Maxime Dixmerias, Joris Verstraten, Cyprien Daix, Bruno Peaudecerf, Tim de Jongh, Tarik Yefsah,
• Abstract要約: 量子ガス顕微鏡による単一原子分解測定を応用し, 量子ガスのその場温度測定を新たに導入する。 平均1原子のプローブ体積における数ゆらぎを解析することにより,地球温度と局所温度の両方を抽出する。 本手法は任意のトラップ電位を持つシステムに適用可能であり, 正確なトラップ校正も大域熱平衡も必要としない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Thermometry is essential for studying many-body physics with ultracold atoms. Accurately measuring low temperatures in these systems, however, remains a significant challenge due to the absence of a universal thermometer. Most widely applicable methods, such as fitting of in-situ density profiles or standard fluctuation thermometry, are limited by the requirement of global thermal equilibrium and inapplicability to homogeneous systems. In this work, we introduce a novel in-situ thermometry for quantum gases, leveraging single-atom resolved measurements via quantum gas microscopy, and demonstrate it on an ideal Fermi gas. By analyzing number fluctuations in probe volumes with approximately one atom on average, we extract both global and local temperatures over a broad dynamic range. Unlike traditional fluctuation thermometry, our method does not rely on the fluctuation-dissipation theorem and is based instead on the exact relationship between number fluctuations and density-density correlations. In the low-temperature regime, it allows us to observe significant deviations from fluctuation-dissipation predictions, uncovering sub-extensive fluctuations. Our method is applicable to systems with arbitrary trapping potentials, requiring neither precise trap calibration nor global thermal equilibrium. This nearly universal thermometer for quantum gases overcomes key limitations of existing techniques, paving the way for more accurate and versatile temperature measurements in ultracold quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 温度測定は超低温原子を用いた多体物理学の研究に不可欠である。 しかし、これらの系の温度を正確に測定することは、普遍的な温度計が存在しないために重要な課題である。 その場密度プロファイルや標準揺らぎ温度測定などの最も広く適用可能な方法は、大域的な熱平衡と均質系への適用性の要件によって制限されている。 そこで本研究では, 量子ガス顕微鏡による単一原子分解測定を応用し, 理想のフェルミガスに応用した新しいその場温度測定法を提案する。 平均1原子のプローブ体積における数ゆらぎを解析することにより,大域的および局所的な温度の両方を広いダイナミックレンジで抽出する。 従来の揺らぎ温度計とは異なり、我々の手法は揺らぎ-散逸定理に頼らず、代わりに数ゆらぎと密度-密度相関の正確な関係に基づいている。 低温状態では、変動散逸予測からかなりの偏差を観測し、亜指数変動を明らかにすることができる。 本手法は任意のトラップ電位を持つシステムに適用可能であり, 正確なトラップ校正も大域熱平衡も必要としない。 この量子気体のほぼ普遍的な温度計は、既存の技術の重要な限界を克服し、超低温の量子系におけるより正確で汎用的な温度測定の道を開く。

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