Laserapparatur zur Erzeugung, Kontrolle und Detektion dotierter, ultrakalter Quantengase
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Verunreinigungen in Quantensystemen spielen eine wesentliche Rolle in der Festkörperphysik. Um die zugrundeliegenden Mechanismen besser zu verstehen, können Quantengase als Modellsysteme verwendet und mit einzelnen, gut kontrollierten Verunreinigungen dotiert werden. Das Großgerät stellt für ein solches dotiertes Quantengas das Lasersystem zur Laserkühlung, zur Erzeugung einer konservativen Falle und zur hochaufgelösten Detektion dar. Mit seiner Hilfe konnten sowohl ein Quantengas erzeugt und mit Hilfe evolutionärer Algorithmen optimiert werden, als auch einzelne Atome gekühlt, gefangen und mit hoher Ortsauflösung manipuliert und detekti ert werden. Das Lasersystem stellt spezifisch für die beiden Atomsorten Cäsium und Rubidium die nötigen Laserstrahlen zu Verfügung, die für Laserkühlung, Laserfallen und Abbildungen in Absorptions - oder Fluoreszenzabbildung benötigt werden. Im Rahmen der ersten Ergebnisse wurde ein genetischer Algorithmus implementiert, um automatisiert die Erzeugung des Rubidium Quantengas es zu optimieren. Erste wissenschaftliche Erkenntnisse beinhalten die präzise Vermessung einer magischen Wellenlänge für Rubidiumatome, bei der die Atome im Laserfeld kein Dipolpotential erfahren. Das Wissen um diese Wellenlänge bietet neue und hochgenaue Einblicke in die atomare Niveaustruktur und ermöglicht es uns, einzelne Cäsiumatome unabhängig von einer überlappenden Rubidiumwolke dynamisch zu manipulieren. Ferner wurde die Diffusionsdynamik einzelner Cäsiumatome in einem periodischen Potential untersucht, wenn die Atome durch ein nahresonantes Lichtfeld getrieben werden. Die Dynamik zeigt scheinbare Brownsche Bewegung in Ein- und Zweipunktgrößen der Einzeltrajektorien, d.h. in Varianz und Korrelationsfunktion. In der Sprungweitenverteilung und höheren Korrelationsfunktionen werden allerdings deutliche Unterschiede zur Brownschen Bewegung sichtbar, die zu Ergodizitätsbrechung auf überraschend langen Zeitskalen führen. Schließlich konnte in ersten Mischungsexperimenten gezeigt werden, dass einzelne Cäsiumatome bei Verwendung einer Detektion mit hoher räumlicher Auflösung als mikroskopische, lokale Temperatursonden für ein ultrakaltes Gas verwendet werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Neutral impurities in a Bose-Einstein condensate for simulation of the Fröhlichpolaron“ EPJ Quantum Technology 2, 23 (2015)
M. Hohmann, F. Kindermann, B. Gänger, T. Lausch, D. Mayer, F. Schmidt and A. Widera
(Siehe online unter https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-015-0036-y)
