超冷原子-离子激发交换中的强角动量混合

原子-离子相互作用通过离子在中性原子上诱导的电偶极子发生。在朗之万碰撞中,原子和离子克服离心势垒并到达短的核间距,它们的内部电子态由于其相互作用而形变并可能最终改变。这里我们探究单个处于亚稳态 $4d^2D_{5/2,3/2}$ 态的冷 $^{88}$Sr$^{+}$ 离子与处于 $5s^2S_{1/2}$ 基态的冷 $^{87}$Rb 原子之间单次朗之万碰撞的产物以及释放的能量。我们发现长寿命的 $D_{5/2}$ 和 $D_{3/2}$ 态在大约三次朗之万碰撞后猝灭,将激发能转化为动能。我们识别出两类碰撞猝灭。一类是电子激发交换过程,在此过程中离子弛豫到 $S$ 态而原子被激发到 $P$ 态,随后释放约 3000 K$\cdot$k$_B$ 的能量。第二类是自旋-轨道改变,其中离子从较高的精细结构 $D_{5/2}$ 能级弛豫到较低的 $D_{3/2}$ 能级,向动能释放约 400 K$\cdot$k$_B$。这些过程在理论上被理解为通过不同分子势能曲线之间的朗道-齐纳避免交叉发生。我们还发现这些弛豫速率对离子和原子的相互自旋取向不敏感。这由超冷原子-离子碰撞中由于涉及高偏波而存在的强惯性科里奥利耦合解释,该耦合强烈混合不同的角动量态。这一惯性耦合解释了转移到核外转动的总电子角动量的损失。我们的结果增进了对超冷原子-离子非弹性碰撞的理解,并为冷化学领域提供了额外的量子控制工具。