Heteronukleare Feshbachresonanzen in ultrakalten Lithium-Rubidium-Gemischen

Abstract

Thema dieser Dissertation sind Experimente zum Nachweis von Feshbachresonanzen bei Stößen in ultrakalten Gemischen atomarer Lithium- und Rubidiumgase. Hierzu wurde eine im Verlauf der letzten Jahre aufgebaute Experimentierapparatur auf Basis von Magnetfallen erweitert, um die ultrakalten Gemische in eine magnetfeldunabhängige optische Dipolfalle umladen und die zur Beobachtung von Feshbachresonanzen benötigten hohen homogenen Magnetfelder anlegen zu können.

Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde erstmals das bosonische Isotop Li7 mittels sympathetischer Kühlung mit dem ebenfalls bosonischen Rb87 in den quantenentarteten Zustand gebracht. Dies erlaubte die Bestimmung der die gegenseitige Wechselwirkung bestimmenden Triplett-Streulänge.

Mit den gefundenen Feshbachresonanzen in der Fermi-Bose-Mischung Li6-Rb87 und der Bose-Bose-Mischung Li7-Rb87 konnten genügend Daten gesammelt werden, um in Kooperation mit Theoriegruppen die zuvor nur sehr ungenau bekannten Wechselwirkungspotenziale mit hoher Präzision zu bestimmen.

Die nun verfügbare Einstellbarkeit der Wechselwirkungsstärke in den untersuchten Systemen, die sich durch die großen Massenunterschiede der Stoßpartner auszeichnen, erlaubt es, grundlegende physikalische Phänomene wie langreichweitige anisotrope Wechselwirkungen in ultrakalten heteronuklearen Molekülen mit Hilfe von Photoassoziation oder die universellen Eigenschaften von Efimovzuständen zu studieren.

This thesis describes experiments employing Feshbach resonances to study the scattering behaviour of ultracold gas mixtures of lithium and rubidium atoms. To this end, an experimental setup based on magnetic traps has been extended such that the ultracold mixtures can be loaded into an optical dipole trap that is independent of magnetics fields and high magnetic fields can be applied to address the Feshbach resonances.

During these investigations it was for the first time possible to cool the bosonic isotope Li7 down to quantum degeneracy by sympathetic cooling with the bosonic Rb87. This allowed for a determination of the interspecies triplet scattering length.

Several Feshbach resonances were discovered both in the Fermi-Bose mixture Li6-Rb87 and in the Bose-Bose mixture Li7-Rb87 leading to the determination of the until now only poorly known interaction potentials with high precision.

With the now available tunability of the interaction strength in the available systems, whose particularities are the large mass ratios of the collision partners, fundamental investigations such as the study of long range anisotropic interactions in ultracold samples of heteronuclear molecules or studies of the universal properties of Efimov states can be undertaken.