武汉物数所将接触理论推广到自旋-轨道耦合冷原子体系
近日，中国科学院武汉物理与数学研究所江开军研究组与美国佐治亚理工学院教授檀时钠合作，首次将接触理论扩展到自旋-轨道耦合费米气体中。
自旋-轨道耦合效应在超冷原子气体中的实现，使人们能够在可控条件下研究拓扑超导和绝缘体等新奇物理现象。超冷原子气体通常由几十万甚至上百万个原子组成，理论研究这种量子多体问题非常困难。2008年，檀时钠创造性地提出研究量子多体问题的接触（contact）理论，发现具有短程相互作用的超冷原子体系中存在一系列普适性关系（檀关系），并在随后的实验中得以验证。目前，接触理论已经成为冷原子物理领域中的基本理论，是实验和理论研究超冷量子体系基本性质的重要方法和手段。但当前研究对自旋-轨道耦合量子体系中的接触理论尚不清楚。
该研究首次把接触理论推广到自旋-轨道耦合量子体系中，研究了该体系的一系列普适性关系。首先，研究人员采用微扰方法得到了两体波函数在短距离的渐近行为，并发现，两体波函数在短距离的渐近行为不依赖于原子间相互作用势的短程细节；除传统的s波散射参数（散射长度a0和有效程b0）和p波散射参数（散射体积a1和有效程b1）外，自旋-轨道耦合效应产生了两个新的散射参数u、v；自旋-轨道耦合导致新的接触量来刻画体系能量的绝热关系和大动量分布的渐近行为。该研究为实验和理论研究自旋-轨道耦合气体的普适特性奠定了基础。
相关研究成果发表在Physical Review Letters上，武汉物数所研究员彭世国、博士研究生张彩霞为论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的资助。
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