Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

2.1. EXPERIMENTELLER ABLAUF 41
erhöht werden. Da die Rate der elastischen (thermalisierenden) Stöße proportional zur
Dichte ist werden hierdurch die Startbedingungen für die Verdampfungskühlung verbessert.
Die Fallenfrequenz beträgt nun radial ω r = 2π × 30 Hz und axial ω z = 2π × 83 Hz.
Der Circle of Death R = 2.0 mm ist noch immer größer als die Wolke. Durch die Kompression
steigt die Temperatur der Wolke auf 100-200 µK. Die Phasenraumdichte beträgt
zu diesem Zeitpunkt Ω ≃ 2×10 −7 , die fehlenden sieben Größenordnungen müssen durch
die Verdampfungskühlung gewonnen werden.
2.1.6 Verdampfungskühlung in der TOP-Falle
Wie schon angesprochen beruht die Methode der Verdampfungskühlung auf der selektiven
Entfernung energiereicher Teilchen aus dem Ensemble. Die restlichen Atome
rethermalisieren durch elastische Stöße bei einer tieferen Temperatur. Die Methode ist
erfolgreich, wenn die sinkende Temperatur trotz Teilchenzahlverlust zu einer höheren
Phasenraumdichte führt. Steigt die Dichte des Ensembles dabei selbst an, so thermalisieren
die Atome schneller, die Methode funktioniert immer besser. Man spricht in
diesem Fall von ”
galoppierender“ Verdampfungskühlung (engl. ”
runaway evaporation
cooling“). Es stellt sich nun die Frage, wie die Energieselektion stattfindet. Man nutzt
aus, dass sich die energiereichen Teilchen in einer Falle mit hoher Wahrscheinlichkeit am
Rand der Wolke aufhalten. In einer TOP-Falle gibt es zwei Möglichkeiten, die Atome
dort zu entfernen.
” Circle-of-death“-Evaporation
Zum einen besteht die Möglichkeit der Circle-of-Death (COD)-Evaporation. Der rotierende
Nullpunkt des instantanen Magnetfelds mit dem Radius R = B 0 /B r stellt für die
Atome eine Art Loch im Potential des Magnetfeldes dar. Es gibt dort kein ausrichtendes
Feld, die Atome können ihre Polarisation ändern, Majorana Spin-Flips ausführen,
und dadurch in nicht gefangene Zustände übergehen. Diese Verluste sollte das rotierende
Biasfeld verhindern, hier nutzt man sie zur gezielten Kühlung aus. Durch Verkleinerung
des Biasfelds B 0 wird der COD reduziert und somit der kleiner werdenden Wolke angepasst.
Die Dichte steigt auf Grund der sinkenden Temperatur und der gleichzeitigen
Erhöhung der Fallenfrequenz 8 . Die Circle-of-Death Kühlung ist besonders einfach zu implementieren.
Man kann alleine damit die Kondensation der Wolke erreichen. Da bei der
COD-Kühlung nur an einem Punkt Teilchen entfernt werden (erst zeitgemittelt entsteht
ein Kreis), ist die Teilchenverlustrate allerdings ab einem bestimmten Zeitpunkt kleiner
als es die kurze Thermalisierungszeit auf Grund der hohen Dichte erlauben würde. Man
bedient sich daher einer effizienteren Methode, welche Atome auf einer zweidimensionalen
Schnittfläche aus der Wolke entfernt.
Radiofrequenz-Evaporation
Die RF-Evaporation beruht darauf, mit Hilfe von Radiofrequenz-Strahlung Atome in
nicht gefangene m F -Zustände überzuführen. Dabei wird ebenfalls die Ortsabhängigkeit
des instantanen Magnetfeldes in der TOP-Falle und damit die Ortsabhängigkeit
8 Die erhöhte Fallenfrequenz mindert allerdings die Erniedrigung der Temperatur.