Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

5.2. AUSBLICK 113
für Atome mit repulsiver Wechselwirkung dar. Mit Ausnahme von stabilen optischen
Pulsen in einer Anordnung von Wellenleitern [126, 127], sind es zudem die einzigen hellen
Solitonen, die für selbstdefokussierende Nichtlinearität nachgewiesen wurden. Durch
die Präparation der Atome an der Bandkante der Brillouinzone, und daraus resultierender
verschwindender Gruppengeschwindigkeit, handelt es sich weiterhin um die ersten
stehenden Gap-Solitonen. Eine Zusammenfassung der Untersuchungen heller atomarer
Gap-Solitonen ist zur Veröffentlichung bei der Zeitschrift ”
Physical Review Letters“
eingereicht.
5.2 Ausblick
Die Stärke der bestehenden Apparatur liegt zum einen in der Stabilität, mit der sich bosekondensierte
Gase variabler Atomzahl erzeugen lassen. Zum anderen stellt die Kombination
aus Wellenleiter und periodischem Potential ein ”
Modellsystem“ zur Untersuchung
nichtlinearer Wellenpaketdynamik dar. Die Dispersion kann durch das optische Gitter in
weiten Bereichen eingestellt werden, während man über die Atomzahl auf die nichtlineare
Wechselwirkungsenergie Einfluss nimmt. Die Kompensation der Schwerkraft durch
den Wellenleiter erlaubt die Ausdehnung der Beobachtungszeiten auf mehrere hundert
Millisekunden, eine Größenordnung länger, als es für Messungen im freien Fall möglich
ist.
Gegenwärtige, geplante und ”
mögliche“ Experimente
Mit dem Neuaufbau der Apparatur in Heidelberg durch Michael Albiez, Thomas Anker
und Stefan Hunsmann, wurde die Qualität des Abbildungssystems deutlich verbessert.
Das Auflösungsvermögen beträgt mittlerweile weniger als 3 µm (gemessene 1/e 2 -Breite
eines Wellenpakets).
Dadurch können in Zukunft Details der Solitondynamik auf einer Längenskala studiert
werden, die bisher experimentell nicht zugänglich waren. Es sollte damit erstmals
möglich sein Solitonen zweiter Ordnung zu beobachten. Ein weiteres großes Ziel besteht
in der detaillierten Untersuchung der Kollisionsdynamik zweier Solitonen. Dazu muss
der Aufbau erweitert werden, um zunächst räumlich getrennte Solitonen zu erzeugen.
Ein Teil der dazu notwendigen Vorarbeiten wurde bereits vollendet. Die Details sind in
der Diplomarbeit von M. Taglieber nachzulesen [178].
In den letzten Jahren ist eine Fülle von theoretischen Arbeiten erschienen, die die Existenz
von diskreten Solitonen für große Potentialtiefen im so genannten ”
Tight-Binding-
Regime“ vorhersagen [179, 180, 181]. In diesem sind die Atome im niedrigsten Energieband
bereits stark an einzelne Potentialmulden des Gitters gebunden. Das System
wird dann durch eine diskrete nichtlineare Schrödingergleichung beschrieben [118]. Die
Überprüfung dieser Vorhersagen ist für die nähere Zukunft geplant.
Eng damit verknüpft ist die Erzeugung heller Solitonen in höherdimensionalen Systemen
[182], in denen diese im Allgemeinen instabil sind [183]. Mehrere Publikationen
sagen jedoch deren Stabilisierung in Systemen mit modulierter Nichtlinearität bzw. Dispersion
voraus [183, 184, 185, 186]. Für die experimentelle Realisierung, freie Propagation
in zwei Dimensionen, sind jedoch größere Umbauten notwendig, die zum gegenwärtigen
Zeitpunkt nicht geplant sind.