KIP-Veröffentlichungen

 
Jahr 2018
Autor(en) Rodrigo Felipe Rosa-Medina Pimentel
Titel Probing Long-Time Spin Dynamics in a 87Rb Bose-Einstein Condensate
KIP-Nummer HD-KIP 18-148
KIP-Gruppe(n) F17,F20,P3
Dokumentart Masterarbeit
Abstract (de)

In dieser Arbeit untersuchen wir die Langzeitspindynamik innerhalb der F = 1 Hyperfeinmannigfaltigkeit eines 87 Rb Bose-Einstein-Kondensats.
Die magnetischen Niveaus bilden ein Spin-1 System mit ferromagnetischen Wechselwirkungen. Wir präparieren Nichtgleichgewichtszustände und untersuchen die nachfolgende Spindynamik mithilfe eines neuen Ausleseschemas. Damit messen wir gleichzeitig zwei orthogonale Spinrichtungen und extrahieren die transversale  Magnetisierung. Diese beschreibt Kohärenzen zwischen den einzelnen magnetischen Niveaus. Die Energieskala der Spin abhängigen Wechselwirkungen definiert eine interne Zeitskala von ca. 500 ms . Bei vergleichbaren Entwicklungszeiten beobachten wir kohärente Oszillationen, die mit mean field Vorhersagen kompatibel sind. Wir untersuchen dann die Langzeitdynamik bis ∼ 15 s . Insbesondere analysieren wir den Einfluss von kontrolliertem Heizen der Kondensatdichte. Im Fall minimaler Aufheizung überlebt ein signifikanter transversaler Spin und die zugehörigen Fluktuationen sind vergleichbar mit trunkierten Wigner Simulationen. In diesem Fall behält das System Kohärenz und ist hauptsächlich durch Dephasierung der internen Dynamik bestimmt. Im Gegensatz dazu zerfällt im Fall erheblicher Aufheizung die transversale Magnetisierung signifikant schneller und die Fluktuationen sind kleiner. Dies weist auf ein durch Dekohärenz und dissipative Relaxation beeinflusstes Langzeitverhalten hin, welches wir Effekten der endlichen Temperatur zuschreiben.

Abstract (en)

In this thesis we study long-time spin dynamics in the F = 1 hyperfine manifold of a 87 Rb Bose-Einstein condensate (BEC). The magnetic sub-levels constitute a spin-1 system with ferromagnetic interactions.

We initialize the system out of equilibrium and monitor the subsequent evolution employing a new readout scheme. Thereby we simultaneously measure two orthogonal spin directions and extract the transverse magnetization, which captures coherences between the individual sub-levels. The energy scale of the spin dependent interactions introduces a timescale around 500 ms . At comparable evolution times, we observe coherent oscillations compatible with the corresponding mean field predictions. Furthermore, we investigate the dynamics for long evolution times up to ∼ 15 s . In particular, we examine the impact of controlled heating of the condensate density. For settings with minimal heating, a significant transverse spin survives and the associated fluctuations are captured by Truncated Wigner simulations. In this case, the system retains long-term coherence and is mainly affected by dephasing of the internal dynamics. In contrast, for larger heating the transverse spin significantly decays and the late-time fluctuations are smaller. This indicates a distinct long-term evolution influenced by decoherence and a dissipative relaxation due to finite temperature effects.

bibtex
@mastersthesis{longtimespindynamics,
  author   = {Rodrigo Felipe Rosa-Medina Pimentel},
  title    = {Probing Long-Time Spin Dynamics in a 87Rb Bose-Einstein Condensate},
  school   = {Universit\"at Heidelberg},
  year     = {2018},
  type     = {Masterarbeit}
}
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