Sympathetische Kühlung von Rb- Rb-Gemischen

Zusammenfassung iii
Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein 85 Rb-Atomgas durch thermischen Kontakt mit
einem 87 Rb-Atomgas auf Temperaturen von weniger als 1 µK gekühlt. Damit wurde die
Methode der sympathetischen Kühlung erstmals in diesem Temperaturbereich für zwei verschiedene
bosonische Atomsorten gezeigt. Die Eigenschaften des gemischten Gases wurden
quantitativ untersucht und der Streuquerschnitt σ87−85 für Stöße zwischen den beiden Isotopen
wurde bei einer Temperatur von 7 µK bestimmt.
Eine existierende Apparatur zur Bose-Einstein-Kondensation wurde so umgebaut, daß neben
87 Rb zur selben Zeit auch das ebenfalls bosonische 85 Rb gefangen werden kann. Dazu ist
der Aufbau der magneto-optischen Falle, der ersten Stufe auf dem Weg zum Bose-Einstein-
Kondensat, abgeändert und um zwei neu gebaute Laser erweitert worden. In den so erzeugten
Atomwolken sind beide Isotope in einem frei wählbaren Mischungsverhältnis enthalten.
Sympathetisches Kühlen, bei dem der 85 Rb-Anteil der Atomwolke durch elastische Interspezies-Stöße
an die Temperatur des 87 Rb-Anteils der Wolke angekoppelt wird, wurde
erfolgreich mit verschiedenen Anfangsparametern demonstriert. Sowohl ultrakalte isotopenreine
85 Rb-Wolken mit Temperaturen nahe dem Phasenübergang zum Bose-Einstein-
Kondensat als auch kalte gemischte Wolken lassen sich erzeugen.
Bei der Messung des Interspezies-Streuquerschnitts wurden gemischte Wolken aus dem
thermischen Gleichgewicht gebracht und die Relaxation in einen neuen Gleichgewichtszustand
beobachtet. Die Messung wurde mit Hilfe einer Monte-Carlo Simulation ausgewertet,
die das zeitliche Verhalten einer gemischten Atomwolke unter Berücksichtigung von
s-Wellen-Stößen simuliert. Die gemessene Streulänge ist
|a87−85| = (208 ± 23) × a0
in guter Übereinstimmung mit der theoretischen Vorhersage a87−85 = +(213 ± 7) × a0.
Durch die nun zur Verfügung stehenden Isotopen-Gemische können auch topologische
Effekte wie das Entmischen der beiden Isotope bei verschiedenen Verhältnissen der Streulängen
a87, a85 und a87−85 zueinander untersucht werden. Gerade hier liegt einer der Vorteile
des 87 Rb– 85 Rb-Gemisches: eine Feshbach-Resonanz erlaubt es, den Betrag und das Vorzeichen
der Interspezies-Streulänge durch Anlegen eines externen Magnetfeldes beliebig einzustellen.
Ferner rücken durch sympathetisches Kühlen Bose-Einstein-Kondensate aus schwer
kühlbaren Atomen wie 133 Cs sowie das Erreichen des BCS-Übergangs für Fermionen wie
6 Li oder 84 Rb in greifbare Nähe.