Sympathetische Kühlung von Rb- Rb-Gemischen

22 3. Experimentelle Techniken
tritt mit abnehmender Temperatur der Wolke immer häufiger auf, da die Aufenthaltswahrscheinlichkeit
im Fallen-Zentrum steigt.
3.1.3. Die QUIC-Falle
Eine Lösung dieses Problems ist es, eine Magnetfeld-Geometrie zu wählen, die im Fallenzentrum
ein endliches Magnetfeld von einigen Gauß hat. Die Falle hat dann im Fallenzentrum
ein harmonisches Potential und erfüllt dadurch überall die Bedingung (3.3). Dieser
Fallentyp wird Ioffe-Pritchard-Falle [18, 19, 20] genannt.
Eine mögliche Realisierung wie sie in Referenz [21] gezeigt wird ist, eine dritte, senkrecht
zu den beiden Quadrupol-Spulen angebrachte Spule zu verwenden. Dabei sind die Spulen so
beschaltet, daß wahlweise die Quadrupol-Spulen alleine, oder alle drei Spulen zusammen in
Reihe geschaltet von einer einzigen Stromquelle betrieben werden können. Dies erhöht die
Stabilität des Aufbaus, da so ein Rauschen auf den Strömen der einzelnen Spulen nicht die
Form des Potentials im Fallenzentrum ändert.
Das Umladen von der Quadrupol-Falle in die QUIC-Falle erfolgt durch langsames Anfahren
des Stroms in der dritten Spule, die Atome werden dadurch adiabatisch von einem
Fallentyp in den nächsten überführt.
3.2. Evaporatives Kühlen
Die in der Magnetfalle gefangenen Atome haben eine um sechs Größenordnungen kleinere
Phasenraumdichte als zur Kondensation nötig ist. Diese Differenz wird durch evaporatives
Kühlen [22] überbrückt, einer Technik bei der wiederholt die heißesten Atome aus der Wolke
entfernt werden um diese dann rethermalisieren zu lassen. Dies ähnelt der dampfenden
Flüssigkeit, die sich auch durch den austretenden Dampf abkühlt.
Es wird von einer thermischen Geschwindigkeitsverteilung der Atome in der Wolke ausgegangen.
Die heißesten werden aus der Falle entfernt und tragen dabei mehr als die durchschnittliche
Energie mit sich fort. In der Falle sinkt die Energie pro Atom also. Nach einer
Wartezeit, in der die Atome in der Falle rethermalisieren, stellt sich eine neue Temperatur
ein, die kleiner als die ursprüngliche ist. Durch Wiederholung lassen sich praktisch beliebig
kleine Temperaturen erreichen. Diesen Ablauf zeigt Abbildung 3.2 auf der nächsten Seite.
In einem realen Experiment läuft der Prozeß statt in diskreten Schritten als kontinuierlicher
Vorgang ab.
Um Atome ab einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit aus der Falle zu entfernen, wird
die Abhängigkeit der Zeeman-Aufspaltung der einzelnen magnetischen Unterniveaus vom
lokalen Magnetfeld genutzt: Die Atome werden spinpolarisiert und in einer Magnetfalle gefangen.
Der Energieabstand zum benachbarten, nächst-schwächer gefangenen mF-Niveau
ändert sich mit dem Magnetfeld und deshalb sind alle Atome auf Äquipotentialflächen der
Magnetfalle gleich stark Zeeman-aufgespalten. Durch Einstrahlen einer Radiofrequenz (RF)
der Frequenz fRF, die resonant zu dieser Zeeman-Aufspaltung ist, werden alle Atome an
diesem Ort in schwächer gefangene Zustände transferiert und von dort aus weiter in ungefangene
Zustände mit mF =0. Die Resonanz-Bedingung ist dabei (siehe auch Gleichung