有序多能级原子阵列中的 Dicke 超辐射

在反转原子系综中，光子介导的相互作用产生 Dicke 超辐射，这是一种多体衰变形式，表现为以光子爆发形式快速释放能量。虽然最初在类点系综中研究，但若粒子间距离低于某一界限，该现象在扩展有序系统中依然持续。在此，我们使用碱土（类）原子（如锶和镱）的有序阵列，在真实实验设定下研究 Dicke 超辐射。此类原子因其内部结构允许相对于其长波长跃迁在短原子间距下囚禁，提供了集体增强耗散相互作用的潜力，从而为光-物质相互作用带来令人振奋的新机遇。尽管具有复杂的电子结构，我们表明这些原子种类的二维阵列应在可实现的晶格常数下展现多体超辐射。此外，超辐射有效地“关闭”了跃迁，使得多能级原子变得更像二能级原子。这是因为雪崩式衰变将大多数光子的发射汇集到主导跃迁中，克服了由其精细结构与 Zeeman 分支决定的单原子衰变比。我们的工作代表了利用碱土原子作为量子光源及作为探索多体耗散动力学平台的重要一步。