Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1999
Programm und Abstracts der Sitzung SYBE 2

Bose-Einstein Kondensation: Physik jenseits der Mean-Field Beschreibung

•Martin Naraschewski
Physics Department, Harvard University, Cambridge, MA 02138, USA und ITAMP, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA 02138, USA

Die meisten bisherigen Experimente mit Bose-Einstein kondensierten Alkaligasen lassen sich überraschend gut durch die Anwendung der Theorie des schwach wechselwirkenden Bose-Gases auf eine räumlich inhomogene Situation erklären. Die Dynamik der Kondensatwellenfunktion ist dabei durch eine nichtlineare Schrödingergleichung gegeben. Auf den ersten Blick handelt es sich hier um eine Mean-Field Beschreibung unter der Annahme einer deltaförmigen Kontaktwechselwirkung. Eine mikroskopisch korrekte Ableitung dieser sogenannten Gross-Pitaevskii Gleichung geht jedoch deutlich über eine reine Mean-Field Näherung hinaus. Daraus ergeben sich interessante Konsequenzen für die Dichtekorrelationsfunktionen eines kondensierten Bose-Gases. Diese spielen unter anderem im Rahmen einer atomaren Kohärenztheorie eine bedeutende Rolle. Weiterhin beinhaltet eine derart erweiterte Beschreibung quantenkinetische Prozesse. Im Hinblick auf die Entwicklung eines Atomlasers, d.h. einer technisch nutzbaren Quelle kohärenter Atomstrahlen, ist dabei insbesondere eine Diffusionsdynamik der Kondensatphase von Interesse.

Neue Experimente mit der gravito-optischen Oberflächenfalle

I. Manek, •U. Moslener, M. Hammes und R. Grimm
Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69029 Heidelberg

Neue Experimente an der GOST (gravito-optical surface trap [1]) verwenden ein drastisch verbessertes Ladekonzept. Die Anzahl der Atome in der wenige mm über der Prismenoberfläche betriebenen MOT konnte durch Verwendung eines Zeeman-Abbremsers um drei Größenordnungen auf 3·10⁸ bei einem Vakuum von unter 10^-11 mbar gesteigert werden. Wir untersuchen den Transfer in die GOST, in der wir nach dem Kühlen durch inelastische Reflexion an der evaneszenten Welle eine Phasenraumdichte von etwa 10^-3 bei einer elastischen Stoßrate von ca. 100 s^-1 erwarten. Dies verspricht ideale Startvoraussetzungen für eine weitere evaporative Kühlung. Im Gegensatz zu magnetischen Fallen sind Verluste durch depolarisierende Stöße [2] in diesem rein optischen Aufbau keine Beschränkung. Die GOST eröffnet so den Weg zu einem quantenentarteten Cäsium-Gas.

Dieses Projekt wird gefördert im Rahmen des Gerhard-Hess-Programms der DFG.

[1] Yu.B. Ovchinnikov, I. Manek, R. Grimm, PRL 79, 2225 (1997).
[2] J. Söding et al., PRL 80, 1869 (1998); D. Guéry-Odelin et al., Europhys. Lett. 44, 25 (1998).

Ein quasi-zweidimensionales Gas lasergekühlter Atome in einem planaren Materiewellenleiter

•D. Schneble¹, H. Gauck¹, M. Hartl¹, W.L. Power², H. Schnitzler¹, T. Pfau¹ und J. Mlynek^1
1Universität Konstanz
²Queen Mary and Westfield College, University of London

Wir berichten über die Realisierung eines quasi-zweidimensionalen Gases von Argon-Atomen in einem planaren Materiewellenleiter weniger als 1 mm vor einer reflektierenden Oberfläche. Die Bäuche bzw. Knoten einer weitverstimmten stehenden Lichtwelle vor der Oberfläche bilden ein optisches Fallenpotential senkrecht zur Oberfläche. Eine Wolke kalter Atome konnte bei der Annäherung an die Oberfläche in einem evaneszenten Lichtfeld abgebremst und durch optisches Pumpen zum größten Teil in einen einzelnen Potentialtopf nahe an der Oberfläche transferiert werden. Durch den Lademechanismus findet eine räumlich Kompression des atomaren Ensembles statt, wobei sich die Dichte um zwei Größenordnungen erhöht.

Der von uns realisierte Wellenleiter kann mit Hilfe einer magneto-optischen Oberflächenfalle (MOST) kontinuierlich beladen werden und ist sowohl für die Realisierung zweidimensionaler Quantengase als auch integriert-atomoptischer Elemente von Interesse.

[1] H. Gauck et al., Phys. Rev. Lett.,81, 5298 (1998)

Lebensdauern von in der Nähe von heiß en Oberflächen eingefangenen Atomen und Ionen

•Carsten Henkel und Martin Wilkens
Institut für Physik, Universität Potsdam, Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam

Um kohärente Materiewellen zu präparieren, sind Fallen in der Nähe von Oberflächen besonders interessant, weil dort hohe Feldgradienten und kleine Fallenvolumina möglich sind. Allerdings befinden sich die kalten Atome oder Ionen in unmittelbarer Nähe zu einem warmen, makroskopischen Körper. Somit stellt sich die Frage: Auf welcher Zeitskala ist der Fallen-Grundzustand stabil bzw. bleibt die Kohärenz der Materiewellen erhalten? Wir stellen einfache Modelle vor, um die elektromagnetische Kopplung der Teilchen an die thermischen Anregungen des Festkörpers (niederfrequente Rauschströme, Oberflächenphononen) abzuschätzen. Ionen und Teilchen mit einem magnetischen Moment reagieren relativ empfindlich auf elektrische bzw. magnetische Streufelder in mm-Abständen von der Oberfläche und verlassen den Grundzustand innerhalb von Sekunden. Neutrale Atome mit Spin 0 sind dagegen auf experimentell relevanten Zeitskalen vollständig von der heiß en Oberfläche entkoppelt.

Suprafluidität von gefangenen, idealen Bose-Gasen im kanonischen Ensemble

•J. Schneider^1,2, H. Wallis² und A. Schenzle^1,2
1Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
²Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München

Suprafluidität ist ein mit der Bose-Einstein-Kondensation verwandtes, aber nicht identisches Phänomen. Der suprafluide Anteil eines in einer Atomfalle gefangenen Bose-Gases kann über die lineare Antwort gegenüber Drehungen um eine Symmetrieachse berechnet werden [1].

Für kleine Teilchenzahlen ist die großkanonische Betrachtung aus [1] nicht angebracht; unsere Rechnungen für ein ideales Bose-Gas im kanonischen Ensemble, die auf der Verwendung von Permutationszyklen und Rekursionsrelationen der Zustandssumme beruhen [2], zeigen dies deutlich. Desweiteren stellt sich heraus, daß auch in dem hier betrachteten Fall der suprafluide Anteil des idealen Bose-Gases gut durch ein Zwei-Flüssigkeiten-Modell (Kondensat + Boltzmann-Gas) beschrieben werden kann.

[1] S. Stringari, Phys. Rev. Lett. 76, 1405 (1996)

[2] W. Krauth, Phys. Rev. Lett. 77, 3695 (1996)

Zeitliche Entwicklung eines Bose-Kondensats im Kastenpotential

•O. M. Friesch, A. Czirjak, B. Kneer, J. Ruostekoski, K. Vogel und W. P. Schleich
Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, D-89069 Ulm

Wir untersuchen das zeitliche Verhalten eines Bose-Einstein-Kondensats in einem Kastenpotential. Für T = 0 unterliegt die Zeitentwicklung der kondensierten Atome der Gross-Pitaevskii-Gleichung, auch nichtlineare Schrödinger-Gleichung genannt. Im Falle der linearen Schrödinger-Gleichung haben wir bei Auftragung der Wahrscheinlichkeitsverteilung gegen Ort und Zeit Quantenteppiche gefunden [1]. Zu bestimmten Zeiten tritt eine Wiederkehr der Anfangsverteilung, sog. Revivals, auf. Diese kann auch in Form einer partiellen Wiederkehr, sog. Fractional Revivals, vorkommen. Wir untersuchen dieses Phänomen für die nichtlineare Schrödinger-Gleichung für verschiedene Stärken der Nichtlinearität, d.h. des Selbstenergiepotentials des Bose-Kondensats. Wir beschränken uns hierbei auf den eindimensionalen Fall und reduzieren die dreidimensionale Gross-Pitaevskii-Gleichung auf eine eindimensionale Gleichung.
[1] A. E. Kaplan, P. Stifter, K. A. H. van Leeuwen, W. E. Lamb, Jr. und W. P. Schleich, Physica Scripta T76, 93-97, 1998.

Josephson-Effekte in atomaren Bose-Einstein-Kondensaten

•Florian Meier und Wilhelm Zwerger
Sektion Physik, Theresienstr. 37, D-80333 München

Der Josephson-Effekt ist eines der faszinierendsten Beispiele für makroskopische Quanteneffekte. Mit der Realisierung von Bose-Einstein-Kondensaten in atomaren Gasen eröffnet sich die Möglichkeit, Josephson-Effekte in einem System schwach wechselwirkenden Bosonen auch experimentell zu untersuchen. Ausgehend von einem Transfer-Hamiltonian Ansatz für dünne Tunnelbarrieren, leiten wir eine mikroskopische Theorie für Josephson-Effekte in atomaren Bose-Einstein-Kondensaten ab. Wir berechnen Josephson- und Normalströme und geben quantitative Ergebnisse für die Stromdichten an. Diese sind die physikalisch relevanten Größ en, die nur von den mikroskopischen Parametern des Bose-Kondensates und den Transmissionswahrscheinlichkeiten der Tunnelbarriere abhängen. Die Chancen für eine experimentellen Realisierung von Josephson-Effekten in atomaren Gasen werden diskutiert.

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Zuletzt geändert am 21.10.1999

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