KIP-Veröffentlichungen

 
Jahr 2014
Autor(en) Jonas Schulz
Titel Spin dynamics and active atom interferometry with Bose-Einstein condensates
KIP-Nummer HD-KIP 14-60
KIP-Gruppe(n) F20
Dokumentart Masterarbeit
Abstract (de)

In dieser Arbeit werden die Dynamik aufgrund von spinändernden Stößen und die Umsetzung eines aktiven nichtlinearen Interferometers in einem Spinor Bose-Einstein Kondensat aus 87Rb untersucht.
Wir zeigen die Populationszunahme von anfänglich leeren Spinzuständen (Seitenmoden) durch paarweise Streuung von Atomen aus einer einzelnen Mode im Verlauf einer SCC-Evolution. Numerische Simulationen der Dynamik werden mit experimentellen Ergebnissen verglichen und zeigen eine gute qualitative Übereinstimmung. Wir demonstrieren die Erhaltung der Magnetisierung bei gleichzeitig großen Fluktuationen in der Atomzahl der magnetischen Unterzustände im Experiment.
Ein Interferometer mit aktiven Strahlteilern wird durch zwei aufeinander folgende Perioden spinändernder Stöße realisiert, welche sich abhängig von der dazwischen akkumulierten Phase verstärken oder umkehren. Eine im Grenzfall schwach besetzter Seitenmoden gültige Theorie auf Grundlage der SU(1,1)-Lie-Gruppe wird behandelt. Wir beobachten experimentell die Verstärkung und teilweise Reversibilität der spinändernden-Stöße sowie den qualitativen Verlauf der Phasensensitivität. Wir finden Indizien dafür,
dass das realisierte Interferometer das Standard-Quanten-Limit (SQL) übertrifft, wie von der Theorie vorher gesagt.
Numerische Simulationen zeigen, dass das Interferometer auch in dem Regime stark besetzter Seitenmoden das SQL theoretisch übertrifft.

Abstract (en)

In this thesis the dynamics caused by spin-changing collisions (SCC) and the realisation of an active non-linear interferometer in a spinor Bose-Einstein condensate of 87Rb are studied.
We show the population growth of initially empty spin states (side modes) by pairwise scattering of atoms from a single spin mode in the course of an SCC-evolution. Numerical simulations of the dynamics are compared with experimental results showing good qualitative agreement. We demonstrate conservation of magnetisation despite large fluctuations in the atom numbers inside the magnetic sub states in the experiment.
An interferometer with active beam splitters is realised by two subsequent periods of SCC with intermediate phase evolution. Depending on the accumulated phase these are enhanced or reversed. A theory valid in the limit of a small side mode population (non-depleted regime) and based on the SU(1,1)-Lie-group is discussed. We observe the amplification and partial reversibility of the SCC as well as the qualitative behaviour of the phase sensitivity in the experiment. We find indications that the realised interferometer surpasses the standard-quantum-limit (SQL), as predicted by the theory.
Numerical simulations show that the interferometer theoretically surpasses the SQL even in the depleted regime.

bibtex
@mastersthesis{Schulz2014,
  author   = {Jonas Schulz},
  title    = {Spin dynamics and active atom interferometry with Bose-Einstein condensates},
  school   = {Universit\"at Heidelberg},
  year     = {2014},
  type     = {Masterarbeit}
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