光晶格中非平衡超冷玻色子的正交干涉测量法

我们开发了一种干涉测量技术，用于对光晶格中非平衡超冷玻色子的场正交算符进行时间分辨测量。该技术利用磁性原子的内部态结构，在不同自旋态和晶格位点创建两个原子子系统。Feshbach 共振关闭了一个自旋子系统中的原子 - 原子相互作用，使其成为特征良好的参考态，而另一个子系统中的原子则在可变的保持时间内经历非平衡动力学。通过第二次分束操作干涉这两个子系统，通过检测相对自旋布居数获得相互作用原子的时间分辨正交测量。该技术可为各种哈密顿量和晶格几何结构（例如立方、蜂窝、超晶格）提供正交测量，包括具有隧穿、使用人工规范场的自旋 - 轨道耦合以及高能带效应的系统。通过分析深晶格且隧穿可忽略的特殊情况，我们获得了两个正交可观测量及其涨落的时间演化。作为第二个应用，我们展示了该干涉仪可用于测量原子 - 原子相互作用强度，其在每个晶格位点的平均原子数 $n$ 中具有超海森堡标度 $n^{-3/2}$，在晶格位点数 $M$ 中具有标准量子极限标度 $M^{-1/2}$。在我们的分析中，要求 $M \gg 1$，且对于实际系统 $n$ 很小，因此总原子数 $N = nM$ 的标度低于海森堡极限；尽管如此，在该系统中测试基于相互作用的量子计量学标度行为的测量应该是可行的。