Published 2011 | Version v1
Miscellaneous

Universal three- and four-body phenomena in an ultracold gas of cesium atoms

Description

This thesis presents experimental studies of universal three- and four-body phenomena performed in an ultracold quantum gas of cesium atoms by trap-loss spectroscopy. The main part of this thesis examines the Efimov scenario, which predicts the existence of an infinite series of universally related three-body bound states for resonant two-body interactions. These trimer states couple to the free-atom continuum and to the atom-dimer threshold. Both situations lead to experimentally detectable enhancements of the particle loss, which are referred to as tri-atomic and atom-dimer Efimov resonances, respectively. We obtain the first evidence of an atom-dimer Efimov resonance in an ultracold atom-dimer mixture. In another experiment, the properties of the three-body parameter, which incorporates all unknown short-range interactions in universal theories, are studied in an atomic cesium gas. The analysis of our findings shows that the three-body parameter stays essentially constant for the scattering scenarios investigated. Utilizing an ultracold atom-dimer sample, we observe a magnetically controllable exchange process. This experiment represents the first demonstration of an elementary reaction process in the regime of universal interactions. Universal four-body processes in pure dimer and atom samples are another focus of research covered in this thesis. A collisional study based on universal dimers reveals a pronounced loss minimum. Furthermore, we analyze four-body losses in an ultracold atomic sample, thereby identifying two resonances representing the first evidence for the existence of universal four-body states, which are tied to an Efimov trimer. (author)

Availability note (English)

Available from Library of the University of Innsbruck, Innrain 50, 6020 Innsbruck (Austria)

Abstract (German)

Diese Doktorarbeit praesentiert experimentelle Studien universeller Drei- und Vierkoerperphaenomene, die unter Verwendung eines ultrakalten atomaren Caesium-Quantengases mittels 'Fallen-Verlust'-Spektroskopie durchgefuehrt wurden. Der Hauptteil dieser Arbeit behandelt das Efimov Szenario, welches die Existenz einer unendlichen Serie von universellen Dreikoerperzustaenden vorhersagt. Diese Trimerzustaende koppeln mit dem Kontinuum freier Atome und außerdem mit der Atom-Dimer-Schwelle. Dies fuehrt in beiden Faellen zu experimentell nachweisbaren Verlustresonanzen, welche dementsprechend als dreiatomige beziehungsweise als Atom-Dimer Efimov-Resonanzen bezeichnet werden. Wir weisen experimentell erstmals die Existenz einer Atom-Dimer Efimov-Resonanz unter Verwendung eines ultrakalten Atom-Dimer-Gemisches nach. In einem weiteren Experiment werden in einem atomaren Caesiumgas die Eigenschaften des Dreikoerperparameters studiert, der in universellen Theorien die unbekannten, kurzreichweitigen Wechselwirkungen beinhaltet. Die Auswertung unserer Ergebnisse zeigt, dass der Dreikoerperparameter fuer die betrachteten Streuszenarien im Wesentlichen konstant ist. Mit Hilfe eines ultrakalten Atom-Dimer-Gemisches studieren wir einen magnetisch steuerbaren Austauschprozess. Dieses Experiment stellt die erste Demonstration eines elementaren Reaktionsprozesses im Regime universeller Wechselwirkungen dar. Ein weiterer Forschungschwerpunkt dieser Arbeit liegt auf universellen Vierkoerperprozessen in reinen Atom- beziehungsweise Dimer-Quantengasen. Die Untersuchung inelastischer Zweikoerperkollisionen in einem Gas schwach gebundener Dimere enthuellt ein ausgepraegtes Verlustminimum. Unter Verwendung eines atomaren Gases finden wir zwei Verlustresonanzen, die einen ersten Beweis fuer die Existenz universeller Vierkoerperzustaende darstellen, welche in Verbindung zu einem Efimov-Trimer sind. (author)

Additional details

Publishing Information

Imprint Pagination
196 p.

INIS

Country of Publication
Austria
Country of Input or Organization
Austria
INIS RN
44016854
Subject category
S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis, Non-conventional Literature
Descriptors DEI
ATOMS; CESIUM; DIMERS; EFIMOV EFFECT; FOUR-BODY PROBLEM; INTERACTION RANGE; PARTICLE LOSSES; RESONANCE; TEMPERATURE RANGE 0000-0013 K; THREE-BODY PROBLEM; TWO-BODY PROBLEM
Descriptors DEC
ALKALI METALS; DISTANCE; ELEMENTS; LOSSES; MANY-BODY PROBLEM; METALS; TEMPERATURE RANGE