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datestamp: 2013-06-26 09:19:51
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status_changed: 2013-06-26 09:19:51
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Scelle, Raphael
title: Dynamics and Motional Coherence of Fermions Immersed in a Bose Gas
title_de: Dynamik und Kohärenz von Bewegungsfreiheitsgraden von Fermionen in einem Bosegas
subjects: ddc-530
divisions: i-130700
adv_faculty: af-13
keywords: Bose-Fermi Mixture, Optische Gitter, Kohärenz externer Freiheitsgrade, Dekohärenz
abstract: Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss eines Bosegases aus Natriumatomen auf die Kohärenz fermionischer Lithiumatome, die sich in einer Superposition zweier Bewegungszustände befinden. Zu diesem Zweck implementieren und charakterisieren wir ein Lithium-selektives Gitterpotential. Das Verschieben der Gitterposition koppelt Zustände aus Blochbändern unterschiedlicher Parität und führt bei periodischer Modulation zu Rabi-Oszillationen zwischen dem ersten und zweiten Blochband. Mit Hilfe dieses Kopplungsmechanismus untersuchen wir die zeitliche Entwicklung der Lithiumatome in Ramsey- und Spin-Echo-Experimenten. Die Wechselwirkung mit den Natriumatomen verursacht einen Kohärenzzerfall der Lithiumatome, dessen Zerfallszeit wir durch den Vergleich der Spin-Echo-Signale mit und ohne bosonischem Hintergrund bestimmen.  Wir beobachten, dass der Verlust der Kohärenz auf einer etwas längeren Zeitskala als die Relaxation zwischen den Blochbändern erfolgt und schließen daraus, dass der Kohärenzzerfall durch Relaxationsprozesse getrieben ist.  Zudem überprüfen wir diese Schlussfolgerung anhand einer Mastergleichung, die die zeitliche Entwicklung einzelner Teilchen in einem Bosegas beschreibt. Unsere Berechnungen stimmen qualitativ mit unseren Beobachtungen überein und bestätigen, dass die Dynamik der Lithiumatome durch Relaxationsprozesse dominiert ist.
abstract_translated_text: This thesis investigates the motional coherence of fermionic lithium atoms immersed in a Bose gas of sodium atoms. For this purpose, we implement and characterize a species-selective lattice potential for lithium. Shifting the lattice position couples Bloch bands of opposite parity and we observe Rabi oscillations between the first and second band for periodic modulation. We employ the coherent coupling between the bands to study the evolution of the lithium atoms in Ramsey and spin echo-type experiments. The interaction between the bosonic bath and the lithium atoms causes the loss of motional coherence, and we determine the decoherence time by analyzing the corresponding spin echo signal relative to the signal without Bose gas. 
We observe that the coherence decay occurs on a slightly longer time scale than the relaxation dynamics of motionally excited lithium atoms, and conclude that the loss of motional coherence is primarily induced by relaxation processes.  
Moreover, we test this interpretation by means of a master equation which governs the evolution of a single particle immersed in a Bose gas. Our calculations agree qualitatively with our experimental observations and confirm that the dynamics of the lithium atoms are dominated by relaxation processes.  

abstract_translated_lang: eng
date: 2013
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00015142
ppn_swb: 1652475036
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-151425
date_accepted: 2013-06-19
advisor: HASH(0x55a718412178)
language: eng
bibsort: SCELLERAPHDYNAMICSAN2013
full_text_status: public
citation:   Scelle, Raphael  (2013) Dynamics and Motional Coherence of Fermions Immersed in a Bose Gas.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/15142/1/PHD_Thesis_Raphael_scelle.pdf