Transportapparatur für ultrakalte Atome
Final Report Abstract
Die Transportapparatur für ultrakalte Atome ist eine Plattform für Experimente mit ultrakalten Quantengasen, bei der der Ort der Herstellung der ultrakalten Quantengase (Produktionskammer) von dem Ort, an dem die eigentlichen Experimente stattfinden (Experimentierkammer) räumlich getrennt ist. Von anderen ähnlichen Apparaturen, die in verschiedenen Forschungsgruppen weltweit im Einsatz sind, unterscheidet sich diese spezielle Transportapparatur für ultrakalte Atome dadurch, dass sie nicht nur über eine, sondern über zwei Produktionskammern verfügt, in denen gleichzeitig Quantengase zweier unterschiedlicher Atomsorten erzeugt werden können. Damit eignet sie sich hervorragend, um in der Experimentierkammer verschiedene Gemische ultrakalter Quantengase für wissenschaftliche Untersuchungen zu nutzen. Da die Transportapparatur für ultrakalte Atome selbst nur ein experimentelles Grundgerüst darstellt, das mit weiteren experimentellen Komponenten (z. B. Laserkühlsystemen) verbunden werden muss, um für weiterführende Forschungsprojekte genutzt werden zu können, wurden in den ersten drei Jahren nach Inbetriebnahme vorwiegend noch Aufbauarbeiten und initiale Forschungsarbeiten geleistet, die auf weiterführende Forschungsprojekte hinführen. In dieser Zeit war die Forschung mit der Transportapparatur für ultrakalte Atome darauf ausgerichtet, die Präparation von ultrakalten Ensembles mit Rubidium und Ytterbium in den beiden Produktionskammern zu implementieren, den Transport der beiden Atomsorten in die Experimentierkammer zu untersuchen und zu charakterisieren, verschiedene optische Fallengeometrien für Rubidium in der Experimentierkammer zu testen sowie ein optisches Gitter in der Experimentierkammer zu installieren, in dem die beiden Atomsorten gleichzeitig gefangen und in Moleküle umgewandelt werden können. Herzstück der bisher durchgeführten Forschungsarbeiten war die Etablierung des Transports der beiden Atomsorten von der jeweiligen Produktionskammer in die Experimentierkammer. Für beide Atomsorten gelang dabei der Transport über Strecken von jeweils ca. 450 mm, wobei jeweils einige 106 Atome bei Temperaturen von wenigen 10 µK transportiert werden konnten. Diese Ergebnisse und Lebensdauern von rund 20 - 30 s für optisch gespeicherte Atome (sowohl Rb als auch Yb) erfüllen die Anforderungen für weiterführende Forschungsvorhaben. Nachdem die Aufbauarbeiten und initialen Forschungsarbeiten abgeschlossen sind, sind für die allernächste Zukunft die ersten weiterführenden Experimente mit ultrakalten Gemischen aus Rubidium (Rb) und Ytterbium (Yb) in der Experimentierkammer geplant. Ziel ist dabei die Erzeugung ultrakalter dipolarer RbYb-Moleküle im bereits installierten optischen Gitter. Mittelfristig sollen diese Moleküle genutzt werden, um Fragestellung der Festkörperphysik in einem Modellsystem aus wechselwirkenden ultrakalten Molekülen, die sowohl über ein magnetisches als auch elektrisches Dipolmoment verfügen, anzugehen.
