論文の概要: Theory of itinerant collisional spin dynamics in nondegenerate molecular gases

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.21896v2
• Date: Sat, 07 Jun 2025 00:10:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-10 16:33:10.153039
• Title: Theory of itinerant collisional spin dynamics in nondegenerate molecular gases
• Title（参考訳）: 非退化分子気体におけるイテナント衝突スピンダイナミクスの理論
• Authors: Reuben R. W. Wang, John L. Bohn,
• Abstract要約: 超低温だが非退化極性分子の2つの電場型回転状態に1/2$自由度をエンコードした反復動力学を研究する。 電界閉じ込めによる衝突遮蔽により全衝突路の損失をほぼ完全に抑制できることを示す。 この研究は、超低温分子衝突の領域と多体スピン物理学の間の橋渡しを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We study the fully itinerant dynamics of ultracold but nondegenerate polar molecules with a spin-$1/2$ degree of freedom encoded into two of their electric field dressed rotational states. Center of mass molecular motion is constrained to two-dimensions via tight confinement with a one-dimensional optical lattice, but remains mostly unconstrained within the plane. The pseudospins can become entangled through ultracold dipolar collisions, for which the locality of interactions is greatly relaxed by free molecular motion. At the level of single-molecule observables, collision-induced entanglement manifests as spin decoherence, for which our theoretical calculations serve well to describe recent Ramsey contrast measurements of quasi-2D confined KRb molecules at JILA [A. Carroll et al., Science 388 6745 (2025)]. In presenting a more detailed theoretical analysis of the KRb experiment, we highlight a key finding that molecular loss enhanced by particle exchange symmetry can lead to a suppression of collective spin decoherence, a mechanism with refer to as ``loss-induced quantum autoselection". We then show that by utilizing bialkali species with sufficiently large dipole moments, loss can be near completely suppressed in all collision channels via electric field tunable confinement-induced collisional shielding. The afforded collisional stability permits fully coherent spin mixing dynamics, natively realizing unitary circuit dynamics with random all-to-all connectivity and U(1) charge conservation. This work establishes a bridge between the domains of ultracold molecular collisions and many-body spin physics, ultimately proposing the use of nondegenerate bulk molecular gases as a controllable platform for nonequilibrium explorations of itinerant quantum matter.
• Abstract（参考訳）: 超低温だが非退化極性分子の2つの電場型回転状態に1/2$自由度をエンコードした完全反復動力学を研究した。 質量分子運動の中心は、1次元の光学格子で密閉することで2次元に制限されるが、平面内ではほとんど拘束されない。 擬似スピンは超低温双極子衝突によって絡み合い、相互作用の局所性は自由分子運動によって大いに緩和される。 単分子オブザーバのレベルでは、衝突によって引き起こされる絡み合いはスピンデコヒーレンスとして現れ、この理論計算は、JILA(A. Carroll et al , Science 388 6745 (2025))における準2D閉じ込めKRb分子の最近のラムゼーコントラスト測定を記述するのに有効である。 KRb実験のより詳細な理論的解析として、粒子交換対称性によって増強された分子損失が、集団スピンデコヒーレンス(「ロス誘起量子オートセレクション」と呼ばれるメカニズム)の抑制につながることを明らかにする。 次に,バイアルカリ種を十分に大きな双極子モーメントで利用することにより,電場調整による衝突遮蔽による全衝突路の損失をほぼ完全に抑制できることを示す。 衝突安定性は、完全にコヒーレントなスピン混合力学、ランダムな全対全接続とU(1)電荷保存を持つユニタリ回路力学をネイティブに実現することを可能にしている。 この研究は、超低温分子衝突の領域と多体スピン物理学の間の橋渡しを確立し、最終的には、不退化バルク分子ガスを不平衡な量子物質の探索のための制御可能なプラットフォームとして使うことを提案した。

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