KIP-Veröffentlichungen

 
Jahr 2015
Autor(en) Anselm Klenner
Titel A Study of Quench Dynamics in Ultracold Spinor Bose Gases in Comparison with Experiments
KIP-Nummer HD-KIP 15-74
KIP-Gruppe(n) F17
Dokumentart Masterarbeit
Keywords Ultra cold Quantum Gases Bose-Einstein Spin Spin-1 Numerics Simulation Quench Dynamic Secondaries Noise
Abstract (de)

In dieser Arbeit wird die Nicht-Gleichgewichts-Dynamik eines drei-komponentigen, ultrakalten Bose-Gases in einer Raumdimension numerisch und analytisch unter- sucht. Dabei werden zwei Arten von Anfangszuständen verglichen. In einem Fall wird das System in der polaren Phase präpariert, in der die magnetfeldabhängigen Komponenten anfangs unbesetzt sind. Um den Einfluss von Vakuumfluktuationen mit dem Einfluss von realen Teilchen zu vergleichen, wird das System im zweiten Fall in einen Zustand präpariert, in dem die Seitenkomponenten anfangs schwach besetzt sind. In beiden Fällen wird das System durch ein äußeres Magnetfeld aus dem Gleichgewicht gebracht. In der Anfangsphase kann die Anregung einer primären Mode beobachtet werden. Anschließend wechselwirken die Teilchen dieser Mode mit dem restlichen Kondensat und mit sich selbst und es werden sekundäre Moden angeregt. Die Positionen der Peaks können analytisch berechnet werden und im Falle von hoher Dichte können auch ihre Wachstumsraten bestimmt werden. Es kann eine große Übereinstimmung der numerischen Daten mit Ergebnissen von Experimenten mit 87 Rb gefunden werden. Mit den Parametern, die im Experiment genutzt werden, kann die primäre Mode und die erste sekundäre Mode in den Auto- korrelationsfunktionen der Dichten beobachtet werden. Zu späten Zeiten wird das System von topologischen Defekten dominiert und das Spektrum fällt exponentiell ab. Das System bleibt für lange Zeiten in einem quasi-stationären Zustand.

Abstract (en)

In this thesis the non-equilibrium dynamics of a three-component, ultracold Bose gas in one spatial dimension is numerically and analytically studied. Thereby two types of initial conditions are investigated. In the first case the system is prepared in the polar phase in which the magnetic-field-dependent components are initially empty. To compare the influence of vacuum fluctuations with the influence of real particles we prepare the system in the second case in a state where the side components are initially weekly occupied. In both cases an external magnetic field is applied which drives the system out of equilibrium. At early times a primary mode grows exponentially. Subsequently the particles of this mode interact with the remaining condensate and with each other and secondary modes get excited. We can calculate the momenta of these modes analytically and in the case of high densities we can also determine their growth rates. We compare our results with experiments with 87 Rb and find a high agreement between numerical and experimental data. In the parameter regime of the experiment the primary and the first secondary mode can be observed in the autocorrelation functions of the densities. At late times topological defects dominate the system and the spectrum falls off exponentially. The system stays for long times in a quasi-stationary state.

bibtex
@mastersthesis{klennerMA,
  author   = {Anselm Klenner},
  title    = {A Study of Quench Dynamics in Ultracold Spinor Bose Gases in Comparison with Experiments},
  school   = {Universit\"at Heidelberg},
  year     = {2015},
  type     = {Masterarbeit}
}
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