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1、自由讨论：自由讨论：1，什么是弹性碰撞，什么是非弹性碰撞？，什么是弹性碰撞，什么是非弹性碰撞？2，如何形成超冷分子，如何形成超冷分子?3，什么是碰撞展宽，与哪些物理参数有关？，什么是碰撞展宽，与哪些物理参数有关？4，碰撞有哪些类型？，碰撞有哪些类型？5，如何描述分子的能态？，如何描述分子的能态？第十三章第十三章 碰撞光谱碰撞光谱 碰撞展宽和碰撞频移光谱碰撞展宽和碰撞频移光谱 激发态非弹性碰撞激发态非弹性碰撞 基态碰撞基态碰撞 超冷分子形成超冷分子形成两体碰撞类型两体碰撞类型1，化学组成守恒，化学组成守恒2，内态守恒，内态守恒3，动能守恒，动能守恒4，动量守恒，动量守恒A +BA +BA*+B（
2、弹性碰撞）（弹性碰撞）（非弹性碰撞）（非弹性碰撞）1，化学组成守恒，化学组成守恒2，内态不守恒，内态不守恒（其中一者（其中一者 或两者内态发生变化）或两者内态发生变化）3，动能不守恒，动能不守恒4，动量守恒，动量守恒C +D1，化学组成不守恒，化学组成不守恒2，内态不守恒，内态不守恒3，动能不守恒，动能不守恒4，动量守恒，动量守恒（反应碰撞）（反应碰撞）第第13.1节节 碰撞展宽和频移光谱碰撞展宽和频移光谱非弹性碰撞非弹性碰撞（只有加宽，没有频移）（只有加宽，没有频移）弹性碰撞弹性碰撞（即有展宽，也有频移）（即有展宽，也有频移）相互作用势最小相互作用势最小接触参数接触参数b：无相互作用两粒子无
3、相互作用两粒子的最小距离的最小距离软碰撞软碰撞硬碰撞硬碰撞软碰撞：能级移动小，软碰撞：能级移动小，线核线核硬碰撞：能级移动大，硬碰撞：能级移动大，线尾线尾碰撞过程的亚碰撞过程的亚Doppler光谱光谱自发辐射线宽内的无自发辐射线宽内的无Doppler光谱（光谱（Lamb dip）Lamb dip边界条件边界条件碰撞过程能够改变粒子运动的角度碰撞过程能够改变粒子运动的角度Lamb dip内内Lamb dip外外速度与速度与x,y平面夹角小于临界角的原子贡献在平面夹角小于临界角的原子贡献在Lamb dip 内内软碰撞：改变粒子角度小，不影响吸收频率，但是影响相位软碰撞：改变粒子角度小，不影响吸收频
4、率，但是影响相位Lamb dip内展宽内展宽硬碰撞：改变粒子角度大，吸收频率离开硬碰撞：改变粒子角度大，吸收频率离开dip区域区域Lamb dip外展宽外展宽不同气压下，不同碰撞对线型影响不同气压下，不同碰撞对线型影响线核展宽线核展宽软碰撞软碰撞线尾展宽线尾展宽硬碰撞硬碰撞1.4mbar30mbar79mbar第第13.2节节 激发态非弹性碰撞截面测量激发态非弹性碰撞截面测量1，抑止截面，抑止截面（由于碰撞使激发态布局数减少，从而原子发出荧光减少（由于碰撞使激发态布局数减少，从而原子发出荧光减少抑止抑止）Quenching cross sectionElectric state transit
5、ion2，碰撞诱导转动振动跃迁，碰撞诱导转动振动跃迁碰撞在寿命碰撞在寿命 范围内发生范围内发生,*表示激发态表示激发态M粒子内能变化粒子内能变化 转移到转移到B粒子内能或者两粒子的动能粒子内能或者两粒子的动能在荧光谱中，碰撞过程使主光谱在荧光谱中，碰撞过程使主光谱(parent)周围出现其他的光谱结构周围出现其他的光谱结构(collision induced satellite)碰撞碰撞信息信息频率频率碰撞后的能级碰撞后的能级强度强度碰撞截面碰撞截面偏振偏振碰撞的消极化度碰撞的消极化度Na2分子碰撞后在分子碰撞后在parent峰周峰周围出现很多碰撞光谱线围出现很多碰撞光谱线数率方程（数率方程（
6、k,m为转动振动能级）：为转动振动能级）：R碰撞碰撞parentsatellite稳态解稳态解假定假定Satellite 和和parent 的比的比谱线相对强度谱线相对强度由碰撞荧光谱线由碰撞荧光谱线碰撞截面碰撞截面3，电子能量的碰撞转移，电子能量的碰撞转移相互作用能相互作用能（Rc处相交）处相交）内能可以转换为碰撞伙伴的内能内能可以转换为碰撞伙伴的内能或者两粒子的动能，或者两粒子的动能，在在Rc处发生处发生碰撞能态转移碰撞能态转移内能碰撞转移内能碰撞转移能量共振：内能转化为内能能量共振：内能转化为内能4，两激发态原子的碰撞能量聚集，两激发态原子的碰撞能量聚集两激发态原子碰撞时，一个原子激发到
7、更高电子态，另一原子驰豫两激发态原子碰撞时，一个原子激发到更高电子态，另一原子驰豫到更低电子态到更低电子态碰撞几率碰撞几率碰撞到碰撞到 截面截面通过探测相应的更高激发态的荧光通过探测相应的更高激发态的荧光碰撞几率碰撞几率由于两激发态的能量之和大于分子电离能由于两激发态的能量之和大于分子电离能产生分子电离态产生分子电离态5，自旋反转光谱，自旋反转光谱碰撞使自旋改变，再利用光谱研究碰撞后自旋态的分布碰撞使自旋改变，再利用光谱研究碰撞后自旋态的分布态制备态制备自旋反转碰撞自旋反转碰撞光探测光探测态制备态制备电子碰撞电子碰撞(自旋反转自旋反转)探测：探测：利用不同频率的激光泵浦不利用不同频率的激光泵浦
8、不同自旋态，再通过荧光探测同自旋态，再通过荧光探测第第13.3节节 基态碰撞跃迁基态碰撞跃迁基态能量基态能量能量转换形式能量转换形式振动能振动能振动能振动能振动能振动能转动能转动能振动能振动能电子能电子能振动能振动能平动能平动能（温度）（温度）例如例如N2分子的振动能转移给分子的振动能转移给CO2的振动能量的振动能量1，时间分辨的吸收和双共振探测，时间分辨的吸收和双共振探测激发态的碰撞可以用荧光探测，基态碰撞则激发态的碰撞可以用荧光探测，基态碰撞则可以用吸收和双共振吸收方法可以用吸收和双共振吸收方法泵浦光泵浦光荧光荧光/粒子粒子数数1，泵浦光清除，泵浦光清除2，等待不同时间，等待不同时间（碰撞
9、布居到（碰撞布居到i态）态）3，探测光激发，探测光激发i态，并监视态，并监视3态荧光态荧光稳态：稳态：R碰撞碰撞步骤步骤光泵结束后（光泵结束后（i态粒子数小）态粒子数小）如果光泵过程不影响如果光泵过程不影响m态态驰豫常数驰豫常数约和质量约和质量时间常数时间常数相对速度相对速度在泵浦过程后，粒子数又以指数形式回复到稳态在泵浦过程后，粒子数又以指数形式回复到稳态2，高振动态碰撞，高振动态碰撞高振动态分子碰撞后，可以将分子解离为原子高振动态分子碰撞后，可以将分子解离为原子制备高振动态分子的方法制备高振动态分子的方法1，多光子过程，多光子过程2，单光子泵浦，单光子泵浦3，受激，受激Raman过程过程多
10、光子多光子单光子泵浦单光子泵浦受激受激Raman解离能解离能振动能振动能动能动能分子解离分子解离2，反应碰撞光谱，反应碰撞光谱优点：优点：1，通过选择不同反应物的内态，研究反应速度对内态的依赖性，通过选择不同反应物的内态，研究反应速度对内态的依赖性2，在特定初始条件下，研究不同反应路径的相对反应几率，在特定初始条件下，研究不同反应路径的相对反应几率分子研究小组：分子研究小组：重点项目，重点项目，135规划规划 改变分子改变分子反应轨道，研究超快反应动力学反应轨道，研究超快反应动力学3，光助碰撞能量转移，光助碰撞能量转移碰撞形成分子碰撞形成分子分子吸收光子形成激发态分子吸收光子形成激发态激发态分
11、子解离为激发态原子激发态分子解离为激发态原子满足条件满足条件大的大的FrackCondon系数系数对于激发态原子对于激发态原子碰撞几率小碰撞几率小（背景气体温度抑止碰撞粒子获得更高动能）（背景气体温度抑止碰撞粒子获得更高动能）碰撞几率大碰撞几率大光能帮助解决能量守恒问题，从而提高碰撞截面光能帮助解决能量守恒问题，从而提高碰撞截面分子模型分子模型当当AB*放出一个光子也可以产放出一个光子也可以产生生A*B第一步：第一步：需要激光需要激光1产生激发态产生激发态A*第二步：第二步：需要激光需要激光2转移激发态从转移激发态从 A*到到B*原子模型原子模型dress state分子模型分子模型原子模型原
12、子模型dress state3，光缔合产生分子，光缔合产生分子外拐点激发外拐点激发得得到激发态分子到激发态分子内拐点自发或者内拐点自发或者受激辐射受激辐射得到得到紧束缚态分子紧束缚态分子缔合法优点：缔合法优点：1，特定转动振动态超冷分子，特定转动振动态超冷分子2，基态和激发态分子能级结构，基态和激发态分子能级结构3，超冷化学反应，超冷化学反应第第13.4节节 超冷分子形成超冷分子形成分子表述分子表述含两原子轴线的面对称含两原子轴线的面对称（只有（只有L=0存在）存在）中心对称中心对称（只有（只有homonuclear存在）存在）超冷极性分子（异核）研究小组超冷极性分子（异核）研究小组1,JIL
13、A（Jin/Ye,K40Rb87）2,Innsbruck(Grimm,K40Rb87)3,Hamburg(Sengstock,K40Rb87)4,Yale(Demille,Rb85Cs133)5,Tokyo(Ueda,K41Rb87)6,Conneticut(Could,K39Rb85)7,MQP(Singapore)(Dieckmann,K40Li6).1,Jins groupK40+Rb87 Feshbach ResonanceThree resonance pointsWidthUltracold molecule K40Rb87moleculeAtom-atom rf transiti
14、onAtom-molecule rf transitionAtom molecule:25%Step 1:B scanStep 2:rfGround state molecule（K40Rb87）1,Triplet ground statevibrationrotationIntermediate state(have big Franck Cordon factor with i and g)1，转换效率，转换效率 562，电耦极矩，电耦极矩 D=0.052 Debye3，寿命：，寿命：t=170usFeshback molecule 电耦极矩电耦极矩 2,Singlet ground st
15、ate(absolute ground)vibrationrotationIntermediate state(have big Franck Cordon factor with i and g)1，转换效率，转换效率 832，电耦极矩，电耦极矩 D=0.566 Debye3，寿命：，寿命：t=30msControl chemical reaction（K40Rb87）KRb+KRb K2+Rb2KRb+KRb K2Rb+RbKRb+KRb K+KRb2K+KRb K2+RbRb+KRb K+Rb2振动、转动和电子基态振动、转动和电子基态核自旋态选择：核自旋态选择：K,4-4;Rb,3/2-
16、3/2碰撞反应类型碰撞反应类型K40Rb87 单自旋态单自旋态由于极性分子是费米子，在低温下只有由于极性分子是费米子，在低温下只有p波散射，所以分子先遂穿波散射，所以分子先遂穿p波势垒，再发波势垒，再发生碰撞。生碰撞。单（单（-4,3/2）是最低能态，）是最低能态，不能发生自旋不能发生自旋反转碰撞，所以损失只能是反应碰撞反转碰撞，所以损失只能是反应碰撞单（单（-4,1/2）与（与（-4,3/2）损失行为一样，）损失行为一样，所以两者在低温条件下，反应碰撞占主动所以两者在低温条件下，反应碰撞占主动（-4,3/2）+（-4,1/2）可以发生可以发生s波碰撞，波碰撞，损失快。损失快。绝对基态绝对基态
17、KRbRbK无自旋反无自旋反转碰撞转碰撞K+KRb K2+Rb（放热反应（放热反应反应快反应快）Rb+KRb K+Rb2（吸热反应（吸热反应反应慢反应慢）Stereodynamics of chemical reaction（K40Rb87）1,2D optical lattice:z方向制备少振动态方向制备少振动态2，电场，电场(E):电耦极矩电耦极矩z方向取向方向取向Stereo:1，不同电子内态，不同电子内态2，相同电子内态，两个，相同电子内态，两个z方向振动态（动量态）方向振动态（动量态）3，相同电子内态，相同振动态，相同电子内态，相同振动态2，相同电子内态，不同振动态（，相同电子内态
18、，不同振动态（head to tail）反应快反应快3，相同电子内态，相同振动态，相同电子内态，相同振动态（side by side）反应慢反应慢1，不同电子内态，不同电子内态，反应快反应快Molecule No versus timeMolecule decay versus Dipole moment(Electric field)2,Sengstocks groupK40+Rb87 Feshbach ResonanceUltracold molecule K40Rb87Atom-atom rf transitionAtom-molecule rf transitionRf associa
19、te molecule and detect molecule/atom3D optical lattice(one atom in each site):1,motional energy in ground state 2,no molecule collision long lifetimeAtom molecule:10%Molecule lifetim:120ms3,Uedas groupDirect photoassociation ground molecule from MOT K41Rb87Step1:PA and spontaneous formation molecule
20、Step2:L1 and L2 used as STIRAPIntermediate state:Advantages:1,initial,intermediate and final state is singlet state no effect of magnetic field 2,Initial atoms come from MOT simpleInitial temperature:K 100uK;Rb 100uKTranfer efficiency:73%4,Dieckmanns groupFeshbach molecule two femions K40Li6Step1:get degenerate gas K40 and Li6Step2:scan magnetic field cross B0Lifetime:100msTranfer efficiency:50%Stern Gerlatch effect:Molecule and free atoms have different magnetic moment spatial displacement