Paarkorrelationen in atomaren Bose-Gasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Atomare Paarkorrelationen beschreiben die Wahrscheinlichkeit in einem bestimmten Abstand eines Atoms ein weiteres Atom zu finden. Paarkorrelationen ändern sich z.B., wenn sich Atome zu Molekülen verbinden (in unserem Fall Halo-Dimere oder Efimov-Trimere). Allgemein führt jede Wechselwirkung zwischen den Atomen in einem kalten Gas zu einer Änderung der Paarkorrelation, so dass sich umgekehrt viele Eigenschaften kalter Gase durch Beobachten der Paarkorrelationen untersuchen lassen. Besonders interessant sind resonante kalte Gase, die in Gegenwart einer verlustfreien Steuresonanz die maximal mögliche Wechselwirkung ausbilden. Die Eigenschaften solcher Gase sind dann universell und hängen nur noch von der Teilchendichte ab. In der Regel werden Paarkorrelationen indirekt durch erhöhte Zwei- und Dreikörperverluste beobachtet, die besonders bei kleinen interatomaren Abständen wirksam werden. In dem vorliegenden Forschungsprojekt untersuchen wir Paarkorrelationen mit einer neuen Methode, bei der ein freies atomares Paar mit Hilfe eines optischen Übergangs zu eine Molekülion angeregt wird, das sich mit sehr großer Effizienz nachweisen lässt. Schon mit einer kleinen Stichprobe lassen sich die Korrelationen in einem Gas in situ bestimmen, ohne das Gas dabei zu zerstören. Dadurch wird es möglich, eine große Anzahl Messungen innerhalb eines Präparationszyklus an einer einzigen Probe durchzuführen. Nachdem in einer Vorarbeit das Funktionsprinzip von uns demonstriert wurde, geht es im vorliegenden Projekt um die Details und Grenzen des Verfahrens. Von besonderem Interesse sind dabei die Korrelationen in einem resonanten Bose-Gas und in Efimov-Trimeren. Im Verlauf des vorliegenden Projekts haben wir unser Verfahren auf ein kaltes Rubidiumgas des Isotops 85Rb in der Nähe einer breiten Feshbach-Resonanz bei 155G angewandt und sowohl Korrelationen aufgrund von Streuresonanzen als auch die Bildung von Halo-Dimeren und Efimov-Trimeren direkt in situ zerstörungsfrei nachgewiesen. Überraschend war eine starke Abhängigkeit der beobachteten Korrelationen von der Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld über die Resonanz verstimmt wird. Bei schnellen Magnetfeldrampen beobachten wir Resonanzen, deren Maxima mit der Rampengeschwindigkeit bis um einen Faktor 8 ansteigen. Wir führen diesen Anstieg auf die Bildung von Molekülen zurück, die allerdings aufgrund von Photoassoziation, Photoionisation und dipolarer Kopplung schnell wieder zerfallen. Eine korrekte theoretische Beschreibung dieser Verluste im Zusammenspiel mit einer Landau-Zener-artigen Molekülerzeugung ist schwierig und in der Literatur bisher nicht behandelt. Wir müssen uns hier mit einem provisorischen Modell behelfen, das unserer Beobachtungen zwar teilweise plausibel beschreibt aber theoretisch nicht gut begründet ist. Hier sind weitere experimentelle und theoretische Arbeiten nötig. Ein gutes Verständnis dieses zeitabhängigen Phänomens ist wichtig, um es von anderen dynamischen Vorgängen in resonanten Gasen unterscheiden zu können. Als Nebenergebnis haben wir die Zweiphotonenspektroskopie des 5S-5D-Übergangs, die wir als Referenz für Testzwecke benötigen, weiterentwickelt. Mit Hilfe eines Floureszenznachweis im infraroten Spektralbereich, der auch bei höheren atomaren Dichten anwendbar ist, konnten wir um mindestens eine Größenordnung stärkere Signale beobachten, was Messgenauigkeit und Messgeschwindigkeit deutlich verbessert. Dieser neue Zugang wurde inzwischen von einer Forschungsgruppe übernommen, die derartige Systeme für die Raumfahrt optimiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
5S-5D two-photon transition in rubidium vapor at high densities. Physical Review A, 107(4).
Hassanin, K.; Federsel, P.; Karlewski, F. & Zimmermann, C.
