费米格子钟少原子格点中多体相互作用的涌现

碱土（AE）原子具有长达分钟的光学寿命的亚稳态钟态、高自旋核以及 SU($N$) 对称相互作用，这使其在推进原子钟、量子信息处理和量子模拟方面具有独特优势。精密测量与量子多体物理的交融正孕育出一个充满机遇的激动人心的科学前沿。少粒子系统为观察由两体相互作用引起的复杂多体现象的涌现提供了一个窗口。在此，我们在费米 ${}^{87}$Sr 三维（3D）光晶格钟中创建了孤立少体系统阵列，并利用高分辨率钟谱直接观测到了弹性与非弹性多体相互作用的起始。这些相互作用无法分解为底层两体相互作用之和。我们测量了原子数 $n$ 从 1 到 5 的钟跃迁的粒子数依赖频移，并观察到了非线性相互作用频移，这是 SU($N$) 对称弹性多体效应的特征。为了研究非弹性多体效应，我们利用这些频移分离出 $n$ 占据的格点并测量了相应的寿命。这使我们能够研究不受 bulk gas 中遇到的系统效应影响的短程少体物理。这些测量结合理论，阐明了在填充基态原子的格点与具有单电子激发的格点的少体系统中多体效应的涌现。通过隧穿连接这些少体系统，相互作用的有利能量与时间尺度将使我们的系统被用于研究高自旋量子磁性与 Kondo 效应。