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Few-body physics in ultracold Fermi gases

Ottenstein, Timo Bastian

German Title: Wenigteilchenphysik in ultrakalten Fermigasen

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Abstract

This thesis reports on experimental studies of few-body physics in ultracold Fermi gases. The main part is devoted to the first realisation of an ultracold three-component Fermi gas in thermal equilibrium that consists of atoms in the three lowest spin states of 6Li. In first experiments the collisional stability of the gas was investigated in dependence of the interparticle interaction. The interaction strength was tuned by an external magnetic field employing Feshbach resonances in all three two-body scattering channels. At two magnetic field values a resonant enhancement of three-body loss was observed that can be explained by an Efimov-like trimer consisting of one atom in each of the three states which crosses the continuum twice in the studied magnetic field region. The behaviour of three-body loss rates could be understood by taking into account a variation of the lifetime of the trimer with the magnetic field. These experiments were performed with large ensembles of atoms. A finite deeply degenerate Fermi gas consisting of a controlled number of atoms may serve as a clean model for finite Fermi systems as for example atomic nuclei. An approach for the preparation of such a gas is discussed and first experimental steps are presented.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit behandelt experimentelle Untersuchungen von Wenigteilchen-Phänomenen in ultrakalten Fermigasen. Der Schwerpunkt liegt auf der ersten Realisierung eines dreikomponentigen Fermigases im thermischen Gleichgewicht, welches aus 6Li Atomen in den niedrigsten drei Zeeman Zuständen besteht. Feshbach-Resonanzen erlaubten es, durch Anlegen eines äusseren Magnetfeldes die Stabilität des Gases in Abhängigkeit der Wechselwirkung zwischen den Atomen zu untersuchen. Für zwei Magnetfeldwerte wurde eine resonante Überhöhung des Dreikörperverlustes beobachtet, was durch einen universellen Trimerzustand erklärbar ist, der bei diesen Magnetfeldwerten das Kontinuum kreuzt. Ein komplettes Verständnis für den Verlauf der auftretenden Verlustraten konnte durch Berücksichtigung einer magnetfeldabhängigen Lebensdauer des Trimers gewonnen werden. Diese Experimente wurden in grossen Ensembles ultrakalter Atome durchgeführt. Ein endliches Fermigas bestehend aus einer kontrollierbaren Anzahl von Atomen wäre ein ideales Modellsystem für endliche fermionische Systeme, wie zum Beispiel Atomkerne. Eine Methode zur Präparation eines solchen endlichen Fermi Gases wird vorgestellt und die ersten bereits durchgeführten Schritte präsentiert.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Selim, Dr. Junior Jochim
Date of thesis defense: 3 February 2010
Date Deposited: 19 Feb 2010 12:41
Date: 2009
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: dreikomponentiges Fermi Gas , Wenigteilchenphysik , Efimov Zustand , universeller trimer , mesoskopisches Fermi Gasthree-component Fermi gas , few-body physics , Efimov state , universal trimer , mesoscopic Fermi gas
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