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Abstract

This thesis reports on the reconstruction and improvement of a quantum gas experiment for studying Bose polarons as well as on theoretical investigations at the interface between Efimov physics and Fermi polarons. In both experiment and theory an ultracold mixture of fermionic 6Li and bosonic 133Cs with a large mass ratio is considered. With the improved experimental setup we realize Bose-Einstein condensates (BEC) of 133Cs with N = 10^4 atoms and molecular BECs of 6Li2 with N = 10^5 dimers. For the creation of Bose polarons we trap a small number of Li atoms in a tightly confined optical dipole trap and propose a scheme to combine them with the 133Cs BEC. In a theoretical study, employing the Born-Oppenheimer approximation, we calculate Efimov bound state energies (E < 0) in a three body Cs-Cs-Li system and in a many-body environment where two 133Cs atoms are immersed in a Fermi sea of 6Li atoms. In these systems the intraspecies scattering length determine the ground state and the Fermi sea leads to a modification of the binding energies. For the scattering states (E > 0) we calculate the induced scattering length between two 133Cs atoms mediated by the Fermi sea, and find resonant behavior. We find that for large mass ratios bound states can persist at positive energies to form quasibound states.

Translation of abstract (German)

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Rekonstruktion und Verbesserung eines Quantengasexperiments zur Untersuchung von Bose Polaronen, sowie theoretische Untersuchungen an der Schnittstelle zwischen Efimov Physik und Fermi Polaronen. Hierbei wird ein ultrakaltes Gemisch bestehend aus fermionischen 6Li und bosonischen 133Cs Atomen mit großem Massenverhältnis betrachtet. Mit dem verbesserten experimentellen Aufbau ist es möglich Bose-Einstein Kondensate (BEC) aus N = 10^4 133Cs Atomen und molekulare BECs aus N = 10^5 6Li2 Molekülen zu erzeugen. Zur Implementierung von Bose Polaronen fangen wir wenige 6Li Atome in einer stark fokussierten optischen Dipolfalle und entwickeln ein Schema zur Mischung von 6Li Atomen mit dem 133Cs BEC. Auf der theoretischen Seite verwenden die Born-Oppenheimer Näherung um gebundene Efimov Zustandsenergien (E > 0) zu berechnen. Dabei betrachten wir ein Dreikörper Cs-Cs-Li System und ein Vielteilchensystem bestehend aus zwei 133Cs Atomen in einem Fermisee aus 6Li Atomen. In diesen Systemen wird der Grundzustand bestimmt durch die Intraspeziesstreulänge und der Fermisee führt zu einer Modifikation der Bindungsenergien. Für die Streuzustände (E > 0) berechnen wir die durch den Fermisee induzierte Streulänge zwischen zwei 133Cs Atomen und finden resonantes Verhalten. Wir stellen fest, dass gebundene Zustände für hohe Massenverhältnisse auch bei positiven Energien als quasi-gebundene Zustände fortbestehen können.