German Title: Auf dem Weg zu einer niederdimensionalen, quantenentarteten Fermi-Fermi-Bose Mischung

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Abstract

Diese Arbeit beschriebt ein Pilot-Experiment zur Erzeugung einer quantenentarteten Mischung aus zwei Fermi Gasen. Aus Messungen an 6Li (Fermion) and 87Rb (Boson) wurde der unelastische Verlustratenkoeffizient in einer Magneto-Optischen Falle (MOT) bestimmt. Der Wert diese Koefizienten wurde auf beta_LiRb=(1.5 pm 0.5) 10^10cm^3/s bestimmt. Das gemeinsame speichern dieser Mischung in einer magnetischen Falle wurde demonstriert. Die Ergebnisse dieser Arbeit, in Kombination mit Ergebnissen aus anderen Forschungsgruppen, führten zum Aufbau eines zukunftsweisenden Experiments. Das Design und der anschliessende Aufbau dieser Apparatur werden im Detail beschrieben. Im Ergebnis steht nun eine ideale Apparatur zur Untersuchung von entarteten Quantengasen in niedrigen Dimensionen zur Verfügung. Derzeit ermöglicht die Mischung aus 40K und 87Rb Experimente mit Bose-Fermi Mischungen auf Atom Chips. Mit der geplanten Erweiterung der Anlage auf 6Li werden Experimente mit zwei verschiedenen Fermionen in niederdimensionalen Fallen erstmals möglich werden. Die Wechselwirkung von leichten und schweren Fermionen, sowie die unterschiedliche Wechselwirkung zwischen Bosonen und Fermionen mit anziehendem (KRb) und abstossendem (LiRb) Potential können hier ebenso untersucht werden. Diese Art der Wechelwirkung kann sonst nur in der Umgebung einer Feshbach Resonanz untersucht werden.

Translation of abstract (English)

This work introduces a pilot experiment towards the creation of a degenerate two-species Fermi gas. Experiments with a dual-species MOT of 6Li (fermion) and 87Rb (boson) led to the measurement of the inelastic loss rate coefficient beta_LiRb = (1.5pm 0.5) 10^10cm^3/s. Furthermore, both species were trapped in a common magnetic microtrap. The results from this pilot experiment with 6Li and 87Rb and the development of 40K and 87Rb mixtures by other research groups were analysed. From this data set and the experience of three generations of atom chip experiments on hand, a truly next-generation experiment was designed. The design process and the construction of this experiment as well as the technological developments required are discussed in detail in this work. The effort led to an ideal starting point for future experiments: a K-Rb machine. The study of low-dimensional pure and mixed quantum gases will already be possible. With the extension towards Li, the study of the interaction between heavy and light fermions will be possible. Furthermore, the interaction of bosons and fermions with attractive and repulsive interactions can be studied without the need of a Feshbach resonance, as the interaction between Rb and Li is repulsive and the interaction between Rb and K is attractive.