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A driven two-component BEC: Chaos in a Macroscopic Quantum System

Tomkovič, Jiří

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This work discusses the experimental realization of a mixed regular-chaotic phase space in a macroscopic quantum system. The effective Planck's constant of the system can be varied in a large range. Therefore, the semi-classical limit of the system can be studied, where the initial size of the many particle wave packet is much smaller than typical structures of the phase space. Thus, different structures of the phase space can be resolved. In a weakly driven system, the Poincaré-Birkhoff scenario is investigated by the dispersion of the wave packet at a stable or unstable fixed point. In a strongly driven system, different dynamics of a wave packet is found, dependent on preparation in a regular island or the chaotic sea. The time evolution can be described by a classical model, which is in good agreement with experiment as well as the mean field model for the considered observables.

In an independent experiment using an atomic beam setup the generation of motional coherence of a single atom by spontaneous emission of a single photon has been demonstrated.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit behandelt die experimentelle Realisierung eines gemischt regulär-chaotischen Phasenraumes in einem makroskopischen Quantensystem. Die effektive Planck-Konstante des Systems kann über einen großen Bereich variiert werden. Dies ermöglicht eine Betrachtung des Systems im semi-klassischen Grenzfall, bei dem die anfängliche Größe eines Vielteilchen-Wellenpakets deutlich kleiner ist als typische Strukturen des Phasenraumes. Somit können unterschiedliche Bereiche des Phasenraumes aufgelöst werden. In einem schwach getriebenen System wird das Poincaré-Birkhoff Szenario über das Zerfließen der Wellenpakete an stabilen bzw. instabilen Fixpunkten untersucht. In einem stark getriebenen System zeigt sich eine unterschiedliche Dynamik der Wellenpakete, je nachdem, ob sie in einer regulären Insel oder dem chaotischen Phasenraum gestartet wurden. Die Beschreibung der Dynamik mit Hilfe eines klassischen Modells führt zu einer guten Übereinstimmung sowohl mit den Messdaten als auch einem "Mean-Field"-Modell in den betrachteten Observablen. In einem unabhängigen Experiment mit einem Atomstrahl wird die Erzeugung von Kohärenzen in den Impulszuständen eines einzelnen Atoms durch die spontane Emission eines einzelnen Photons nachgewiesen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Oberthaler, Prof. Dr. Markus K.
Date of thesis defense: 5 February 2014
Date Deposited: 12 Feb 2014 07:24
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Chaos, Makroskopische Quantenerscheinung
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