Helle atomare Solitonen - KOPS - Universität Konstanz

50 KAPITEL 2. ERZEUGUNG UND NACHWEIS EINES BEC
leistung aufgetragen. Nur innerhalb des gelb schattierten Bereiches von 450 − 530 mW
hat sich ein reines Kondensat ausgebildet, für niedrigere Werte ist die Fallentiefe der
Dipolfalle zu gering, um alle Atome zu transferieren, die Verdampfungskühlung funktioniert
auf Grund der geringen Dichte nicht mehr genügend gut. Ist die Laserleistung zu
hoch, so wird zwar die ganze Wolke umgeladen, allerdings ist die Kühlrate zu Beginn
der Verdampfungskühlung durch die große Fallentiefe begrenzt. Bei Annäherung an die
minimale Fallentiefe steigt die Verlustrate an Teilchen so schnell an, dass nicht genügend
Zeit für die Rethermalisierung bleibt, es bildet sich ebenfalls kein Kondensat aus. Quantitativ
wurde der Erfolg des Kondensationsprozesses aus der Atomzahl (schwarz) und
der maximalen optische Dichte (blau), sowie der Größe (nicht dargestellt) des Ensembles
beurteilt. Messungen dieser Art wurde mit allen variierbaren Größen durchgeführt und
somit ein stabiler Bereich im Parameterraum bestimmt.
Vorteile der Kondensation in der Dipolfalle
Die Vorteile der Kondensation in der Dipolfalle gegenüber der Magnetfalle lassen sich
wie folgt zusammenfassen:
• Es gelingt hiermit reine Kondensate im Wellenleiter zu erzeugen.
• Im Gegensatz zur Magnetfalle überträgt die gekreuzten Dipolfalle beim Abschalten
keinen Impuls auf die Atome.
• Das rotierende Biasfeld kann ausgeschaltet und durch ein statisches homogenes
Feld zur Vorgabe der Quantisierungsachse für die Abbildung ersetzt werden. Man
kann die Dauer der Abbildungspulse verlängern, wodurch sich die Qualität der
Absorptionsbilder verbessert.
• Durch die große Anzahl an experimentellen Parametern lässt sich die Atomzahl im
Kondensat definiert einstellen.
Eine besondere Bedeutung fällt dabei dem vierten Punkt zu. Für einen Teil der Experimente
war es notwendig, Kondensate mit wenigen tausend Atomen herzustellen.
Hat sich beispielsweise ein BEC mit 2 × 10 4 Atomen gebildet, so bleibt die Frage, wie
die Atomzahl ohne Verlust des gesamten Kondensats reduziert werden kann. Prinzipiell
besteht die Möglichkeit Dreikörperstöße auszunutzen. Dabei wird ein Dimer erzeugt,
welches nicht in der Falle gefangen wird. Das dritte Atom erhält die Bindungsenergie
als kinetische Energie, ist diese größer als die Fallentiefe so verlässt auch dieses
Atom die Falle. Die Wahrscheinlichkeit solcher (normalerweise unerwünschten) Stöße
ist proportional zum Quadrat der Dichte R = L 3K × ρ 2 mit einer Ratenkonstante von
L = 1.8(±0.5) × 10 −29 cm 6 /s [85]. Diese Methode ist jedoch nur bei hohe Dichten geeignet
15 , für ein Kondensat mit 5000 Atomen in einer sphärischen Falle mit ω = 2π×100 Hz
beträgt die Lebensdauer schon über 200 s. Die Verdampfungskühlung in der Dipolfalle
bietet als Alternative, auf Grund der großen Anzahl an Parametern, eine begrenzte
Atomzahl in der Falle zu kondensieren. Man lädt dazu nur einen Teil der vorgekühlten
Wolke um und passt die Laserleistungen und die Länge der Verdampfungskühlung so
15 Diese Verlustrate limitiert die Lebensdauer von Kondensaten mit einer Dichte von ρ > 2 × 10 14 /cm 3
auf unter 1 Sekunde.