Ultracold Feshbach molecules in an optical lattice with orbital degree of freedom

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Verbesserungen an einer bestehenden Quantengasapparatur vorgenommen, um stark wechselwirkende entartete Fermi-Gase zu erzeugen. Die Kontaktwechselwirkung kann durch Einstellung des Magnetfeldes in der Nähe einer Feshbach-Resonanz eingestellt werden. Darüber hinaus können jeweils zwei fermionische Atome zu einem bosonischen Molekül assoziiert werden. In dieser Arbeit werden die Eigenschaften dieser Feshbachmoleküle über einen weiten Bereich von Wechselwirkungen untersucht, einschließlich des Regimes der Unitarität. Zunächst wird das stark wechselwirkende Gas untersucht, indem quantenentartete, in einer Dipolfalle präparierte Ensembles einer eindimensionalen optischen Stehwelle ausgesetzt werden und Kapitza-Dirac-Streuungsexperimente im Bereich schwacher Kopplung durchgeführt werden. Zur Beschreibung der beobachteten Impulspektren nicht-wechselwirkender spin-polarisierter Gase wurde zunächst ein Einteilchenmodel der Atom-Lichtstreuung entwickelt. Dieses wurde dann mit den experimentellen Beobachtungen stark wechselwirkender Gase verglichen. Im Hauptteil der vorliegenden Arbeit wurde das Gas einem zweidi- mensionalen bipartiten quadratischen optischen Gitter ausgesetzt, welches die gezielte Besetzung ausgewählter höherer Bloch-Bänder ermöglicht. Die Bindungsenergien für tiefe und flache Gitter von Feshbachmolekülen auf der BEC-Seite der Feshbach-Resonanz wurden mit einer Methode ermittelt, die der Massenspektrometrie ähnelt. Bei sehr tiefen optischen Gittern wurde erstmals eine durch Einschluss induzierte Resonanz im zweiten Bloch-Band beobachtet. Darüber hinaus wurden die Lebensdauern von Feshbachmolekülen gemessen, wobei die längsten Lebensdauern von bis zu 500 ms im ersten Bloch-Band und 150 ms im zweiten Bloch-Band festgestellt wurden. Diese langen Lebensdauern übertreffen alle anderen relevanten Zeitskalen im System, welches die Voraussetzung dazu bietet, langlebige Gleichgewichtszustände gepaarter fermionischer Atome in höheren Bändern zu untersuchen. Im Falle des zweiten Bloch-Bandes identifizieren wir einen zusätzlichen Relaxationskanal für große elastische Streulängen, der zu einem Zerfall in das erste Band und einem anschließenden Zerfall aus dem ersten Band führt. In Zukunft könnten die entwickelten Methoden genutzt werden, um BCS-Paare aus fermionischen Atomen mit unkonventioneller Ordnung zu realisieren.