超流体$^4$He中He$_{2}^{*}$激子示踪剂的形状涨落与光学跃迁

亚稳态He$_{2}^{*}$激子分子已被用作超流体$^4$He（He II）中正常组分的示踪粒子，可通过激光诱导荧光成像。这些激子分子在He II中形成微小气泡，并在足够低的温度下可束缚于量子化涡旋，从而实现对无粘超流体中涡旋动力学的直接可视化。然而，负责He$_{2}^{*}$分子荧光成像的$a^{3}\Sigma^+_{u}$${\rightarrow}$$c^{3}\Sigma^+_{g}$光学吸收线受气泡形状涨落控制，其精确的线型在低温下尚不清楚。本文提出一种气泡模型，用于评估He II中激子的表面涨落本征模。通过同时考虑气泡形状的零点涨落和热涨落，计算了不同温度下$a^{3}\Sigma^+_{u}{\rightarrow}c^{3}\Sigma^+_{g}$跃迁的线型。结果表明，当温度从2 K降至20 mK时，峰值吸收强度增强约五倍，同时峰值位置蓝移约2 nm。可分辨出由分子核转动能级导致的双峰线型。该气泡模型还使我们能够评估He$_{2}^{*}$气泡的刚度，进而得到其在He II中因热声子散射产生的扩散常数。我们的结果将有助于未来利用He$_{2}^{*}$示踪剂对He II中量子化涡旋成像的实验设计。