电磁场条件下超冷碱土金属原子感应冷却分子的碰撞动力学研究

Sympathetic cooling is one of the most promising techniques for producing ultracold molecules from precooled molecules. The previous works have shown that it is inadequate using the ultracold alkali-metal atoms as coolant for sympathetic cooling. Under the experimental background of producing ultracold molecule by sympathetic cooling, this project will investigate theoretically the possibility of sympathetic cooling of molecule using the ultracold alkali-earth-metal atoms. Considering some experimentally precooled molecules as sample, the project will construct the accurate interaction potential between alkali-earth-metal atom and molecule, and make researches on the cold collisional dynamics by quantum scattering calculations for some alkali-earth-metal atoms and molecules with low and ultralow kinetic energy in external fields. The study includes: the elastic and inelastic collisional cross-sections, relaxation rates of low-field-seeking state within low and ultralow temperature, and the influence of precision of interaction potential as well as molecular constants on the relaxation rates. The efforts will also be given to the exploring about the influence and operating of electromagenetic field on the cold collision dynamics. From the analyse and comparison of calculational data for different collision systems, the project will give a expectation on the prospects for sympathetic cooling of molecules by ultracold alkali-earth-metal atoms. The research results will provide theoretical proposal for the choice of experimental sample molecules, and are useful for general cool collision experiment.

感应冷却是从预冷分子产生超冷分子最有前景的方法之一。已有的工作表明，超冷碱金属原子难以作为有效的感应冷却剂。本项目以感应冷却产生超冷分子实验为背景，理论上探索超冷碱土金属原子感应冷却分子的可行性。拟以实验上已可预冷却的若干分子体系为对象，构建碱土金属原子和分子间精确的相互作用势，应用量子散射动力学方法，研究碱土金属原子和这些分子在低和超低碰撞能及外场条件下的冷碰撞动力学性质，包括低场追随态的弹性和非弹性碰撞截面、低温及超低温下的碰撞弛豫速率，以及势能面精度、分子参数对弛豫速率的影响等；探索电磁场对冷碰撞动力学性质的影响及其操控；从不同碰撞体系计算结果的分析比较中，对超冷碱土金属原子感应冷却分子的可行性作出预期。研究成果将为实验上合理选择样品分子提供可靠的理论支持，对普遍的冷碰撞实验也有指导意义。

本项目以感应冷却产生超冷分子实验为背景，研究碱土金属原子和若干分子体系在电磁场条件下的冷碰撞动力学性质，理论上探索超冷碱土金属原子作为感应冷却剂的可行性。.（1）开展了碱土金属原子与若干分子体系相互作用势研究。应用高级别量子化学计算方法，通过基底叠加误差修正、三项外推方案、二步拟合等措施，构建了高精度的碱土金属原子与若干分子体系的解析表达的相互作用势；.（2）研发了电磁场条件下原子-分子体系的束缚态和冷碰撞动力学计算程序包。现有的量子散射计算程序均基于总角动量表象和宇称守恒，而外场引入导致总角动量和宇称不守恒，因此不能计算外场条件下的碰撞问题。.（3）应用量子散射动力学方法，研究了碱土金属原子和这些分子在低和超低碰撞能及外场条件下的冷碰撞动力学性质，包括低场追随态的弹性和非弹性碰撞截面、低温及超低温下的碰撞弛豫速率，以及势能面精度、分子参数对弛豫速率的影响等，揭示了冷碰撞动力学性质和物理机制。.（4）分析比较了不同冷却剂原子和分子间弹性和非弹性碰撞截面的相对大小，从理论上对超冷碱土金属原子作为冷却剂感应冷却分子的可行性做出了预期。计算结果表明，由于强的相互作用各项异性以及深的势阱，碱土金属原子感应冷却分子可能难以成功实施。.（5）研究了电磁场对冷碰撞动力学行为、性质的影响和操控。Feshbach共振是产生超冷碱金属原子分子的一个重要技术。原子-分子冷碰撞中Feshbach共振宽度一般很窄。我们提出了近零能Feshbach共振精确定位的方法，发现：准束缚态相关零能Feshbach共振具有较大的共振宽度，电场可以诱导仅有磁场时不能发生的共振；在电场标度上的共振宽度，大于磁场标度上的宽度，对窄的磁Feshbach共振，电场调控或许更可行。