Ultracold Thermal Atoms and Bose-Einstein Condensates Interacting with a Single Carbon Nanofiber

Abstract

The present thesis investigates the decay of ultracold atoms from a magnetic trap due to the interaction with a single carbon nanofiber. The latter is spatially overlapping with the atomic cloud. For both an ultracold thermal cloud and a Bose-Einstein condensate, the atomic loss has been measured for different interaction times and degrees of cloud-nanofiber overlap. Relevant theoretical concepts to analyze the measurements are derived and applied to the experimental results. For the thermal as well as the degenerate gas case, the atom loss is significantly faster than expected from the geometry of the nanofiber. The experimental data is consistent with an enhanced atom loss due to an attractive Casimir-Polder force between the nanofiber and the ultracold atoms. Using a power-law approximation, the Casimir-Polder potential of the nanofiber is quantitatively obtained by fitting the experimental data.

In der vorliegenden Arbeit wird der Verlust von ultrakalten Atomen aus einer magnetischen Falle aufgrund von Wechselwirkungen mit einer Kohlenstoff-Nanofaser untersucht. Die Nanofaser wird dabei mit der ultrakalten Wolke räumlich überlappt. Sowohl für eine ultrakalte thermische Wolke als auch für ein Bose-Einstein Kondensat ist der Verlust von Atomen für verschiedene Wechselwirkungszeiten und Überlapp-Parameter gemessen worden. Die relevanten theoretischen Konzepte für die Analyse der Messungen werden hergeleitet und auf die experimentellen Ergebnisse angewendet. Für beide Fälle, d.h. für das ultrakalte thermische Gas und für das Bose-Einstein Kondensat, läuft der Verlust der Atome signifikant schneller ab als aufgrund der Geometrie der Nanofaser erwartet. Die experimentellen Daten sind konsistent mit einem durch attraktive Casimir-Polder Kräfte zwischen Nanofaser und ultrakalten Atomen verstärkten Verlust. Das Casimir-Polder Potential der Nanofaser wurde dabei quantitativ, unter Annahme eines Potenzgesetzes für dessen Verlauf, bestimmt.