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Universality and non-universality in the heteronuclear Efimov scenario with large mass imbalance

Ulmanis, Juris

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Abstract

This thesis investigates universal and non-universal aspects of few-body physics in a mass-imbalanced mixture of ultracold bosonic $^{133}$Cs and fermionic $^6$Li atoms. For this purpose an experimental apparatus for the creation of quantum degenerate gases has been constructed. Using radio-frequency association of weakly-bound LiCs molecules and additional atom-loss spectroscopy we determine the two-body interaction properties between Li and Cs atoms at low collision energies. The analysis with a coupled-channels calculation yields precise singlet and triplet electronic ground state molecular potential curves, from which scattering lengths and positions of Fano-Feshbach resonances are extracted. These results represent almost a tenfold improvement over the previous determination, and are used to study few-body recombination processes and, for the first time, their dependence on the interaction strength between the heavy atoms close to two broad scattering resonances at various temperatures. Measurements of three-body loss rates reveal two series of three and two consecutive LiCs$_2$ Efimov resonances that demonstrate the universal scaling factor 4.9 between the first and second excited state resonances. The ground state resonance deviates from the discrete scaling law. By the use of hyperspherical formalism with either pairwise zero-range or Lennard-Jones model potentials we identify the van der Waals interaction between Cs atoms as a significant source of these modifications.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit untersucht universelle und nicht-universelle Aspekte der Wenigteilchenphysik in einem Bose-Fermi Gasgemisch aus ultrakalten $ ^ {133} $Cs und $ ^ 6 $Li Atomen. Hierfür wurde eine experimentelle Apparatur zur Erzeugung quantenentarteter Gase aufgebaut. Mit Hilfe von Radiofrequenzassoziation schwach gebundener LiCs Moleküle und zusätzlicher Verlustspektroskopie werden die Eigenschaften der Zweikörperwechselwirkung zwischen Lithium und Cäsium bei niedrigen Stoßenergien bestimmt. Die Analyse dieser Messungen mit einer \textit{coupled-channels} Rechnung ergibt präzise Singulett- und Triplettpotentialkurven des Molekulargrundzustands, aus denen die Streulängen und Positionen der Fano-Feshbachresonanzen extrahiert werden. Diese Ergebnisse stellen eine fast zehnfache Verbesserung gegenüber der früheren Bestimmung dar und werden verwendet, um Wenigteilchenrekombinationsprozesse und erstmals deren Abhängigkeit von der Stärke der Wechselwirkung zwischen den schweren Cäsiumatomen in der Nähe der beiden breiten Li-Cs Streuresonanzen bei verschiedenen Temperaturen zu untersuchen. Dreikörperverlustratenmessungen weisen zwei Serien von drei beziehungsweise zwei aufeinanderfolgenden Efimovresonanzen auf, die den universellen Skalierungsfaktor von 4,9 zwischen dem ersten und zweiten angeregten Zustand demonstrieren. Die Resonanz des Grundzustands weicht von dem diskreten Skalengesetz ab. Mit der hypersphärischen Darstellung, die die Paarwechselwirkung entweder durch nullreichweitige oder Lennard-Jones Modellpotentiale beschreibt, wird die Van-der-Waals-Wechselwirkung zwischen Cäsiumatomen als eine der bedeutendsten Ursachen für diese Abweichungen identifiziert.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Weidemüller, Prof. Dr. Matthias
Date of thesis defense: 9 July 2015
Date Deposited: 26 Aug 2015 08:07
Date: 2015
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
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