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Spin Dynamics and Feshbach Resonances in Ultracold Sodium-Lithium Mixtures

Trautmann, Arno

German Title: Spin Dynamik und Feshbach Resonanzen in Ultrakalten Natrium-Lithium Mischungen

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Abstract

This thesis presents the investigation of the two-body scattering properties of cold atoms in sodium and lithium-sodium mixtures and their effects on the many body dynamics. Since both species are alkali atoms, the combined spin of both unpaired electrons can be either zero or one, providing two different scattering channels. The coupling of bound molecular states in these channels with the free atoms asymptote gives rise to the rich field of Feshbach resonance physics, where the interaction between the particles can be controlled as an easily accessible experimental parameter. We have investigated the Feshbach spectrum in the bosonic 7LiNa mixture and could confirm predictions based on 6LiNa measurements, with a shift of the predicted spectrum by about 50 G. Also, the prospects of interaction tuning via Feshbach resonances were examined. The difference of the scattering lengths of the electronic potentials also causes a coupling of atomic collisional channels, which can enable a spin exchange between the atoms. In this thesis, spin exchange processes have been studied in coherent oscillations in a thermal gas and a Bose-Einstein condensate of sodium, as well as the evolution of this spinor gas into its ground state. Preliminary studies of the heteronuclear spin exchange process in both the bosonic 7LiNa and in the fermionic-bosonic mixture 6LiNa are presented as well.

Translation of abstract (German)

Diese Doktorarbeit zeigt die Untersucheng der Zweikörperstreueigenschaften kalter Atome in Natrium und Lithium-Natrium-Mischungen und deren Effekt auf die Vielkörperdynamik. Da beide Atomsorten Alkalimetalle sind, kann der gemeinsame Drehimpuls der beiden ungepaarten Elektronen entweder null oder eins sein. Dies bietet zwei verschiedene Streukanäle. Die Kopplung von gebundenen Molekülzuständen in diesen Streukanälen mit den freien Atomasymptoten führt zum reichen Feld der Physik der Feshbach-Resonanzen, wobei die Wechselwirkung zwischen den Teilchen kontrolliert werden kann als einfach einzustellender, experimenteller Parameter. Wir haben das Feshbach-Spektrum in der bosonischen 7LiNa- Mischung untersucht und konnten Vorhersagen bestätigen, die auf den Messungen im 6LiNa- System basierten, mit einer Verschiebung des vorhergesagten Spektrums um etwa 50 G. Ebenso wurden die Möglichkeiten der Einstellung der Wechselwirkungen mittels Feshbach-Resonanzen untersucht. Der Unterschied in den Streulängen der elektronischen Potentiale verursacht auch eine Kop- plung der atomaren Streukanäle, was zu einem Spin-Austausch zwischen den Atomen führen kann. In dieser Arbeit wurden Spin-Austauschprozesse untersucht mittels kohärenter Oszilla- tionen in einem thermischen Gas und einem Bose-Einstein-Kondensat aus Natrium, ebenso wie die Entwicklung dieses Spinorgases zu seinem Grundzustand. Vorbereitende Untersuchungen der heteronuklearen Spin-Austauschprozesse werden ebenso gezeigt, sowohl in der bosonischen 7LiNa-Mischung als auch in der fermionisch-bosonischen Mischung 6LiNa.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Oberthaler, Prof. Dr. Markus K.
Date of thesis defense: 19 July 2016
Date Deposited: 24 Aug 2016 11:59
Date: 2016
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Quantengas, Feshbach-Resonanz, Fermi-Gas
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