物理学系及国重吴赛骏课题组与周磊课题组，西班牙ICFO (Institute of Photonic Sciences) Darrick E. Chang 课题组合作，运用光偶极自旋波调控手段研究了光学波段近场偶极弛豫，相关成果以《微观光偶极相互作用的超辐射探测》（Superradiant Detection of Microscopic Optical Dipolar Interactions）为题发表于《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 131, 253602 , 2023）。

   共振光和稀疏冷原子气体相互作用是一个量子多体问题。 然而当前该体系的标准描述语言仍是基于连续系统假设的Maxwell-Bloch(M-B)方程，原子间近场少体作用被完全忽略。M-B图像的成功和共振激发原子体系的前向（超）辐射密不可分。一方面，前向辐射驱动局部光场能量耗散，导致近场作用难以积累。 另一方面，近场光子交换细微效应被集体辐射掩盖，难以在宏观光传播中体现。因此，改变原子体系光偶极激发模式和环境光模式的相位匹配，将光场锁定于原子体系，可能是开启冷原子体系多体光学物理研究的关键步骤。

  吴赛骏课题组(https://ultracontrol.fudan.edu.cn/)利用独特发展的光偶极自旋波高速调控技术，在超越原子自发辐射寿命数十纳秒的时间内先后冻结和重启冷原子前向光辐射，通过分析冻结时间和重启超辐射强度的关系，揭示并量化原子间二体相互作用引起的光偶极自旋波弛豫。 课题组进一步和周磊课题组，Chang课题组紧密合作，系统发展了描述该弛豫机制的理论方法。工作中发现，该微观光学弛豫机制虽然鲜有讨论，却普遍存在于各类量子光学系综。对该机制的理解不仅有助于设计高效的量子光学操控界面，还可以应用于超冷原子物理研究，例如可用来测量量子气体的密度关联。

   值得一提的是，和该工作对应的微波偶极弛豫现象早在上个世纪4-50年代已被发现。其后大量研究是当代多体量子物理发展的重要组成。和微波磁偶极体系不同，共振光-冷原子系统是多模和开放体系，存在更加丰富的量子资源。然而光偶极近场作用的操控和观测受原子运动和集体辐射的影响，难度也大了很多。在本工作的基础上，下一步对光偶极近场作用的精密操控可与周期性超冷光晶格技术结合，运用亚辐射机制全面保护近场少体作用相干性，进而开展和微波磁共振类似却不同的多体量子光学研究。

   我系博士生季灵晶，何亦尊，与ICFO的Stefano Grava是论文共同第一作者，季灵晶同学，周磊教授，吴赛骏研究员与Darrick E. Chang教授为论文共同通讯作者。该项目受到物理学系及重点实验室，上海市自然科学基金，基金委面上项目，科技部重点研发计划的大力支持。