Lasersystem zur Kontrolle von ultrakalten Quasi-Spins

• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: Funded in 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 227527629

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Ultrakalte Atome sind hervorragende Modellsysteme, um unverstandene dynamische Phänomene der Quantenphysik oder auch oder Nichtgleichgewichtsphysik experimentell in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen. Die internen Freiheitsgrade können als Quasi -Spinsysteme betrachtet werden, um Spinphänomene zu studieren. Das Großgerät dient der Kontrolle solcher Quasi-Spins, die in ultrakalten Neutralatomen codiert sind. Das Gerät erlaubt zum einen die Kontrolle über die thermische Bewegung einzelner Atome, indem durch verschiedene Mechanismen der Laserkühlung, wie Doppler- oder Ramankühlung, neutrale Atome auf ultrakalte Temperaturen abgekühlt werden. Zum anderen kann der interne Freiheitsgrad durch kohärente Manipulation von Hyperfein- und Zeemanzuständen kontrolliert werden. Die zentralen Ergebnisse umfassen Präzisionsmessungen von Licht-Atom-Wechselwirkung in einem Rubidium Quantengas, die Verwendung einzelner neutraler Cäsiumatome als lokale Thermometer für ein ultrakaltes Rubidiumgas und die Diffusionsdynamik einzelner Cäsiumatome in einem periodischen Potential abseits des thermischen Gleichgewichtes. Schließlich konnten einzelne Cäsiumatome als Tracer in einem ultrakalten Rubidiumgas die Relaxationsdynamik zum thermischen Gleichgewicht sichtbar machen.

Publications

• „Nonergodic diffusion of single atoms in a periodic potential.“ Nature Phys. 13, 137
  F. Kindermann, A. Dechant, M. Hohmann, T. Lausch, D. Mayer, F. Schmidt, E. Lutz und A. Widera
  
• „Optimizing quantum gas production by an evolutionary algorithm“; Appl. Phys. B 122, 112
  T. Lausch, M. Hohmann, F. Kindermann, D. Mayer, F. Schmidt und A. Widera
  
• „Precision measurement of the Rb 87 tune-out wavelength in the hyperfine ground state F = 1 at 790nm“, Phys. Rev. A 93, 022507

  F. Schmidt, D. Mayer, M. Hohmann, T. Lausch, F. Kindermann und A. Widera
  
• „Single-atom thermometer for ultracold gases“, Phys. Rev. A 93, 043607
  M. Hohmann, F. Kindermann, T. Lausch, D. Mayer, F. Schmidt und A. Widera