Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

Kapitel 2
Erzeugung eines Bose-Einstein
Kondensats: experimenteller
Ablauf und Nachweis
Nachdem im vorherigen Kapitel der experimentelle Aufbau und die grundlegenden physikalischen
Mechanismen der Manipulation (Kühlen, Fangen) und Detektion kalter atomarer
Wolken diskutiert wurden, beschreibt dieses Kapitel den experimentellen Ablauf zur
Erzeugung eines bosekondensierten Gases. In Abschnitt 2.1 wird zunächst die Erzeugung
eines BEC durch Verdampfungskühlung in der Magnetfalle erläutert. Der Nachweis, dass
es sich bei der beobachteten Wolke um ein Kondensat handelt, wird in Abschnitt 2.2
erbracht. Anschließend wird der Transfer einer vorgekühlten Wolke in die optische Dipolfalle
und die Kondensation in dieser beschrieben (Abschnitt 2.3). Im letzten Abschnitt
2.4 werden Experimente zur Charakterisierung der Magnet- und Dipolfalle besprochen.
Die dadurch ermittelten Fallenfrequenzen bestimmen zusammen mit der Atomzahl die
Eigenschaften des erzeugten Bose-Einstein Kondensats.
2.1 Experimenteller Ablauf des Kondensationsprozesses
Der experimentelle Ablauf zur Erzeugung verdünnter Bosegase in magnetischen Fallen
wird umfassend z.B. in einem Übersichtsartikel von Ketterle et al. [9] oder einem Buch
von Pethick und Smith [13] behandelt. Deshalb wird hier nicht auf alternative Methoden
oder experimentelle Details, die nicht zum physikalischen Verständnis beitragen,
eingegangen. Die genannten Zahlenwerte sind als Anhaltspunkte zu verstehen, sie variieren
innerhalb gewisser Grenzen je nach Zielsetzung der durchgeführten Untersuchungen.
Der Aufbau erlaubt die Erzeugung eines BEC mit maximal 10 5 Atomen. Dies ist eine
Größenordnung mehr als es für die in Kapitel 4 beschriebenen Experimente nötig
ist. Man erhält dadurch die Freiheit die Apparatur nicht an ihrer Grenze betreiben zu
müssen. Der Kondensationsprozess gelingt, auch wenn dessen einzelnen Phasen nicht
optimiert sind. Die Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit die Kondensation eines
Rubidiumgases erfolgt, lassen sich verkürzt und vereinfacht in drei Punkte fassen:
• Das Vakuum in der Apparatur muss genügend gut sein 1 , um Verluste während der
1 Wie schon erwähnt sollte der Druck weniger als < 10 −11 mbar betragen.