A general and rigorous quantum method is proposed for studying capture dynamics between two diatomic molecules in full dimensionality. By solving the time-independent Schrödinger equation with proper boundary conditions, this method is ideally suited for studying quantum dynamics of cold and ultracold reactions. To illustrate its applicability, the capture dynamics between ultracold KRb molecules is characterized in full six dimensions for the first time using a first-principles based long-range interaction potential. The calculated capture rates for collisions involving distinguishable and indistinguishable 40K87Rb molecules are in good agreement with the experiment and exhibit clear Wigner threshold behaviors. Predictions for ultracold collisions between internally excited 40K87Rb suggest minor changes in the loss rate, consistent with experimental observations in similar systems.

1.
D. C.
Clary
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
41
,
61
(
1990
).
2.
H.
Guo
,
Int. Rev. Phys. Chem.
31
(
1
),
1
68
(
2012
).
3.
W. H.
Miller
,
J. Chem. Phys.
52
,
543
(
1970
).
4.
J. C.
Light
,
J. Chem. Phys.
40
,
3221
(
1964
).
5.
P.
Pechukas
and
J. C.
Light
,
J. Chem. Phys.
42
,
3281
(
1965
).
6.
E. J.
Rackham
,
F.
Huarte-Larrañaga
, and
D. E.
Manolopoulos
,
Chem. Phys. Lett.
343
,
356
(
2001
).
7.
E. J.
Rackham
,
T.
Gonzalez-Lezana
, and
D. E.
Manolopoulos
,
J. Chem. Phys.
119
,
12895
(
2003
).
8.
S. Y.
Lin
and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
120
,
9907
(
2004
).
9.
T.
González-Lezana
,
Int. Rev. Phys. Chem.
26
,
29
(
2007
).
10.
B. R.
Johnson
,
J. Comput. Phys.
13
,
445
(
1973
).
11.
D. E.
Manolopoulos
,
J. Chem. Phys.
85
,
6425
(
1986
).
12.
D. C.
Clary
and
J. P.
Henshaw
,
Faraday Discuss. Chem. Soc.
84
,
333
(
1987
).
13.
J.
Schaefer
and
W.
Meyer
,
J. Chem. Phys.
70
,
344
(
1979
).
14.
S.
Ospelkaus
,
K.-K.
Ni
,
D.
Wang
,
M. H. G.
de Miranda
,
B.
Neyenhuis
,
G.
Quéméner
,
P. S.
Julienne
,
J. L.
Bohn
,
D. S.
Jin
, and
J.
Ye
,
Science
327
,
853
(
2010
).
15.
K.-K.
Ni
,
S.
Ospelkaus
,
D.
Wang
,
G.
Quéméner
,
B.
Neyenhuis
,
M. H. G.
de Miranda
,
J. L.
Bohn
,
J.
Ye
, and
D. S.
Jin
,
Nature
464
,
1324
(
2010
).
16.
M. H. G.
de Miranda
,
A.
Chotia
,
B.
Neyenhuis
,
D.
Wang
,
G.
Quéméner
,
S.
Ospelkaus
,
J. L.
Bohn
,
J.
Ye
, and
D. S.
Jin
,
Nat. Phys.
7
,
502
(
2011
).
17.
T.
Takekoshi
,
L.
Reichsöllner
,
A.
Schindewolf
,
J. M.
Hutson
,
C. R.
Le Sueur
,
O.
Dulieu
,
F.
Ferlaino
,
R.
Grimm
, and
H.-C.
Nägerl
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
205301
(
2014
).
18.
P. K.
Molony
,
P. D.
Gregory
,
Z.
Ji
,
B.
Lu
,
M. P.
Köppinger
,
C. R.
Le Sueur
,
C. L.
Blackley
,
J. M.
Hutson
, and
S. L.
Cornish
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
255301
(
2014
).
19.
J. W.
Park
,
S. A.
Will
, and
M. W.
Zwierlein
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
205302
(
2015
).
20.
T. M.
Rvachov
,
H.
Son
,
A. T.
Sommer
,
S.
Ebadi
,
J. J.
Park
,
M. W.
Zwierlein
,
W.
Ketterle
, and
A. O.
Jamison
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
143001
(
2017
).
21.
L.
Reichsöllner
,
A.
Schindewolf
,
T.
Takekoshi
,
R.
Grimm
, and
H.-C.
Nägerl
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
073201
(
2017
).
22.
X.
Ye
,
M.
Guo
,
M. L.
González-Martínez
,
G.
Quéméner
, and
D.
Wang
,
Sci. Adv.
4
,
eaaq0083
(
2018
).
23.
L.
De Marco
,
G.
Valtolina
,
K.
Matsuda
,
W. G.
Tobias
,
J. P.
Covey
, and
J.
Ye
,
Science
363
,
853
(
2019
).
24.
M.-G.
Hu
,
Y.
Liu
,
D. D.
Grimes
,
Y.-W.
Lin
,
A. H.
Gheorghe
,
R.
Vexiau
,
N.
Bouloufa-Maafa
,
O.
Dulieu
,
T.
Rosenband
, and
K.-K.
Ni
,
Science
366
,
1111
(
2019
).
25.
K.-K.
Ni
,
S.
Ospelkaus
,
M. H. G.
de Miranda
,
A.
Pe’er
,
B.
Neyenhuis
,
J. J.
Zirbel
,
S.
Kotochigova
,
P. S.
Julienne
,
D. S.
Jin
, and
J.
Ye
,
Science
322
,
231
(
2008
).
26.
J. N.
Byrd
,
J. A.
Montgomery
, and
R.
Côté
,
Phys. Rev. A
82
,
010502
(
2010
).
27.
E. P.
Wigner
,
Phys. Rev.
73
,
1002
(
1948
).
28.
G.
Quéméner
and
P. S.
Julienne
,
Chem. Rev.
112
,
4949
(
2012
).
29.
N.
Balakrishnan
,
J. Chem. Phys.
145
,
150901
(
2016
).
30.
D. H.
Zhang
and
H.
Guo
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
67
,
135
(
2016
).
31.
J.
Huang
,
S.
Liu
,
D. H.
Zhang
, and
R. V.
Krems
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
143401
(
2018
).
32.
H.
Zhao
,
U.
Umer
,
X.
Hu
,
D.
Xie
, and
Z.
Sun
,
J. Chem. Phys.
150
,
134105
(
2019
).
33.
D.
Skouteris
,
J. F.
Castillo
, and
D. E.
Manolopoulos
,
Comput. Phys. Commun.
133
,
128
(
2000
).
34.
J. M.
Hutson
, in
Cold Molecules: Theory, Experiment, Applications
, edited by
R. V.
Krems
,
W. C.
Stwalley
and
B.
Fredrich
(
CRC Press
,
Boca Raton
,
2009
).
35.
J. F. E.
Croft
,
C.
Makrides
,
M.
Li
,
A.
Petrov
,
B. K.
Kendrick
,
N.
Balakrishnan
, and
S.
Kotochigova
,
Nat. Commun.
8
,
15897
(
2017
).
36.
C.
Makrides
,
J.
Hazra
,
G. B.
Pradhan
,
A.
Petrov
,
B. K.
Kendrick
,
T.
González-Lezana
,
N.
Balakrishnan
, and
S.
Kotochigova
,
Phys. Rev. A
91
,
012708
(
2015
).
37.
S. K.
Pogrebnya
,
J.
Palma
,
D. C.
Clary
, and
J.
Echave
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
2
,
693
(
2000
).
38.
D.
Yang
,
J.
Zuo
,
J.
Huang
,
X.
Hu
,
R.
Dawes
,
D.
Xie
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
2605
(
2020
).
39.
Y.
Liu
,
M.-G.
Hu
,
M. A.
Nichols
,
D. D.
Grimes
,
T.
Karman
,
H.
Guo
, and
K.-K.
Ni
,
Nat. Phys.
, arXiv:2002.05140 (
2020
).
40.
Z.
Idziaszek
and
P. S.
Julienne
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
113202
(
2010
).
41.
K.
Jachymski
,
M.
Krych
,
P. S.
Julienne
, and
Z.
Idziaszek
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
213202
(
2013
).
42.
G.
Quéméner
and
J. L.
Bohn
,
Phys. Rev. A
81
,
022702
(
2010
).
44.
S.
Kotochigova
,
New J. Phys.
12
,
073041
(
2010
).
45.
S.
Ospelkaus
,
K. K.
Ni
,
G.
Quéméner
,
B.
Neyenhuis
,
D.
Wang
,
M. H. G.
de Miranda
,
J. L.
Bohn
,
J.
Ye
, and
D. S.
Jin
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
030402
(
2010
).
46.
B.
Neyenhuis
,
B.
Yan
,
S. A.
Moses
,
J. P.
Covey
,
A.
Chotia
,
A.
Petrov
,
S.
Kotochigova
,
J.
Ye
, and
D. S.
Jin
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
230403
(
2012
).
47.
M.
Guo
,
X.
Ye
,
J.
He
,
G.
Quéméner
, and
D.
Wang
,
Phys. Rev. A
97
,
020501
(
2018
).
48.
S. A.
Will
,
J. W.
Park
,
Z. Z.
Yan
,
H.
Loh
, and
M. W.
Zwierlein
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
225306
(
2016
).
49.
M.
Quack
and
J.
Troe
,
Ber. Bunsenges. Phys. Chem.
78
,
240
(
1974
).
50.
G.
Wang
and
G.
Quéméner
,
New J. Phys.
17
,
035015
(
2015
).
51.
R. P.
Leavitt
,
J. Chem. Phys.
72
,
3472
(
1980
).
52.
J. A.
Pople
,
J. W.
McIver
, and
N. S.
Ostlund
,
J. Chem. Phys.
49
,
2960
(
1968
).
53.
K.
Raghavachari
,
G. W.
Trucks
,
J. A.
Pople
, and
M.
Head-Gordon
,
Chem. Phys. Lett.
157
,
479
(
1989
).
54.
J. G.
Hill
and
K. A.
Peterson
,
J. Chem. Phys.
147
,
244106
(
2017
).
55.
S. F.
Boys
and
F.
Bernardi
,
Mol. Phys.
19
,
553
(
1970
).
56.
A.
Nicklass
,
M.
Dolg
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
J. Chem. Phys.
102
,
8942
(
1995
).
57.
A. A.
Buchachenko
,
A. V.
Stolyarov
,
M. M.
Szczȩśniak
, and
G.
Chałasiński
,
J. Chem. Phys.
137
,
114305
(
2012
).
58.
M. L.
González-Martínez
,
O.
Dulieu
,
P.
Larrégaray
, and
L.
Bonnet
,
Phys. Rev. A
90
,
052716
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.