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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Jahrgang 2012

 

Titel Single impurity atoms immersed in an ultracold gas
Autor Nicolas Spethmann
Publikationsform Dissertation
Abstract In this thesis, experiments with an ultracold gas doped with few and single atoms of another species are presented.
The techniques to adequately prepare and manipulate an ultracold Rb gas and to dope it with a precisely known number of few Cs atoms are introduced. These techniques allow the time-resolved observation of the sympathetic cooling of initially laser-cooled, cold impurity atoms into the ultracold temperature regime of the Rb buffer gas. During the cooling, the confinement of the impurity atom is enhanced to a reduced volume inside the buffer gas, which increases the interspecies collision rate. By analyzing the cooling process, the interspecies scattering cross section is estimated.
The lifetime of the resulting hybrid system is limited by three-body recombination of the impurity atom with atoms of the buffer gas. The atomic resolution of the impurity atom number allows the determination of the lifetime atom-by-atom. Additional information is gained from the precisely known fluctuations of the number of lost impurity atoms. This information is exploited to assign the three-body losses unambiguously to a single loss channel.
The interaction of an impurity atom in a quantum-mechanical superposition state with the buffer gas is of special interest for future experiments. First experiments into this direction are presented at the end of the thesis.
Zusammenfassung Gegenstand dieser Arbeit ist ein mit wenigen und einzelnen Fremdatomen dotiertes, ultrakaltes Gas.
Die notwendigen Techniken, um ein ultrakaltes Rb Gas zu erzeugen, geeignet zu manipulieren und gezielt mit einer genau bekannten Anzahl weniger Cs Atome zu dotieren, wurden im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und werden vorgestellt. Diese Techniken erlauben es, das sympathetische Kühlen der anfangs laser-gekühlten, kalten "Störatome" in das Regime ultrakalter Temperaturen des Rb Puffergases zeitaufgelöst zu beobachten. Wärend des Kühlens wird das Störatom in einem immer kleiner werdenden Volumen innerhalb des Puffergases gefangen, was zu einer Verstärkung der Stoßrate führt. Durch die Analyse des Kühlvorgangs wird die Streulänge der elastischen Zweikörperstöße abgeschätzt.
Die Lebensdauer des so erzeugten Hybridsystems ist begrenzt durch Dreikörperrekombination des Störatoms mit Atomen des Puffergases. Die atomare Auflösung der Anzahl der Störatome erlaubt die Bestimmung der Lebensdauer Atom für Atom.
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© Universitäts- und Landesbibliothek Bonn | Veröffentlicht: 20.06.2012