Post on 02-Jan-2016
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Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 1/31
Wie man durch konsequentes Wie man durch konsequentes Abkühlen von “heißer Luft” Abkühlen von “heißer Luft”
den Nobelpreis erhältden Nobelpreis erhältDie phaszinierende Physik Die phaszinierende Physik ultra kalter Quantengaseultra kalter Quantengase
R. Walser
Abteilung QuantenphysikUniversität Ulm
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 2/31
ÜberblickÜberblick
AufwärmrundeAufwärmrunde Frühgeschichtliches Fangen, Kühlen, Kondensieren und wohin das alles führt: BEC 1995
Schlüsselexperimente seit 1995 mit Bosonen und Schlüsselexperimente seit 1995 mit Bosonen und FermionenFermionen
Interferenzen, Superfludität Quantisierte Wirbel, Wirbelgitter, Atomlaser Solitonen, Mottphasenübergang, Fermionische Superfluidität
Zusammenfassung und AussichtenZusammenfassung und Aussichten web linksweb links
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 3/31
Die DreiDie Drei
...sind nun eigentlich 4 oder 5
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 4/31
Prä-1995-Historisches der Prä-1995-Historisches der SuperphänomeneSuperphänomene
'11 Kammerlingh-Onnes Supraleitung (F)'24-5 Bose, Einstein Photon Gas, Statistik'35 F. & H. London, Tisza Supraltg, Phi, 2 fluids'38 Kapitza, Allen, Misener Exp. Suprafld. He'38 London, Tisza BEC of He4'41-7 Landau, Khalatnikov q-Hydrodyn., Q. Tlchngas'47 Bogoliubov ww. B. Gas, Phonospkt., 2
Quant'56 Penrose, Onsager Off Diag. Long Rg. Order'53 Feynman rotons, vortices57-65 Lee, Huang, Beliaev Gross, Pitaevskii60iger Bloembergen, Schalow,
TownsLaser
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Was ist Bose-Einstein Was ist Bose-Einstein Kondesation?Kondesation?
Hohe Temperatur
therm. Geschwindigkeit
Dichte
„Billiard Kugeln“
Tv
3d
Niedrige Temperatur
de-Broglie Wellenlänge
„Wellenpaket“
TmvdB /1/
T
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 6/31
Kritische TemperaturBose-Einstein Kondensation
„Materiewellen überlappen“
critTT
dBd
Temperatur
Reines Bose Kondesat
„Riesige kohärente Materiewelle“
KT 0
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 7/31
-
Wie fängt man Atome? Magnetische FallenWie fängt man Atome? Magnetische Fallen
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 8/31
Wie bremst man Atome ab? Laserkühlen IWie bremst man Atome ab? Laserkühlen I
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 9/31
+
Wie bremst man Atome ab? Wie bremst man Atome ab? Verdampfungskühlen IIVerdampfungskühlen II
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 10/31
Bose-Einstein Kondensation: harmonischen Bose-Einstein Kondensation: harmonischen FallenFallen
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 11/31
BEC von Rb87 am JILABEC von Rb87 am JILA
C. Wieman and E.Cornell et at., Science, 269, 198 (1995)
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 12/31
Interferenz zweier Na BEC‘s: W. Interferenz zweier Na BEC‘s: W. KetterleKetterle
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 13/31
Makroskopische Materiewellen Makroskopische Materiewellen interferieren!interferieren!
W. Ketterle et al., Science, 275, 637 (1997)
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 14/31
Topologische Zustände : Topologische Zustände : QuantenwirbelQuantenwirbel
M. Holland and J. Williams, Nature, 401, 568 (1999)
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 15/31
3-d Wirbelkristal am MIT3-d Wirbelkristal am MIT
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 16/31
Erste Atom Laser im BetriebErste Atom Laser im Betrieb
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 17/31
Nicht dispersive helle Solitonen: Li7Nicht dispersive helle Solitonen: Li7
K. Strecker et al., Nature, 417, 150 (2002)
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 18/31
Der Nobelpreis 2001 geht an: Der Nobelpreis 2001 geht an: C. Wieman, W. Ketterle und ... C. Wieman, W. Ketterle und ...
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 19/31
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 20/31
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 21/31
... ... seit dem gab es 31 neue BECsseit dem gab es 31 neue BECs
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 22/31
Die Energie zweier Atome im Kasten
Die Energieverschiebung zweier Die Energieverschiebung zweier Teichen im Kasten (L) mit Teichen im Kasten (L) mit hardcore Potential (A)hardcore Potential (A)reduzierte Masse reduzierte Masse 2/m
nUnm
A
NAL
NEE
0
2
3
22
4
2
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 23/31
Gut T=0: Dichte,Interferenz, Wirbel,kollektive Anregungsmoden
Dynamik des ErwartungswertesDynamik des Erwartungswertes
2
02
2
)(2
),( UxVm
txt
i
Die nichtlineare Gross-Pitaevskii Gleichung
nA
8
1
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 24/31
FermionsBosons
Bose-Einstein Kondestation
Quantenentartetes Fermi Gas
Hule
t et a
l . (2003)
Doch was ist mit Doch was ist mit Fermionen?Fermionen?
Pauli PrinzipPauli Prinzip
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 25/31
“BCS-Superfluid”Overlapping Pairs
Edge of Fermi Surface
Spatial
k+q
-k+q
-k’+q’
k’+q’
k
-k-k
k
q q’
q’’
Momentum
“Crossover Regime”Clusters
Smeared Fermi Surface
“Crossover Regime”Clusters
Smeared Fermi Surface
“BEC-Superfluid”Distinct Pairs
No Fermi Surface
Fermionische Fermionische Superfluidität: 2004Superfluidität: 2004
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 26/31
Jin e
t al. (2
00
4)
Jin e
t al. (2
00
4)
Repulsive Interactions Molecular
bound states
Attractive InteractionsMany-body
paired states
Molekül Kondensation &Molekül Kondensation &Fermionische Superfluidität:Fermionische Superfluidität:
D. Jin, W. Ketterle, R. Grimm, R. Hulet, C. SalomonD. Jin, W. Ketterle, R. Grimm, R. Hulet, C. Salomon
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 27/31
Aktivitäten in UlmAktivitäten in Ulm
1.7. 2005 Einrichtung eines neue Sonderforschungsbereiches: Quantenkontrolle maßgeschneiderter Materie
1.3. 2004 BEC im micro-Gravitation
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 28/31
Non-equilibrium dynamics of Non-equilibrium dynamics of trapped trapped gases in controlled geometriesgases in controlled geometries
– Dynamic control of external confinement– Study non-equilibrium transition of a trapped gas
through the dimensional crossover
3D 2D 1D
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 29/31
•Gruppen: E.M. Rasel, W. Ertmer, Universität Hannover K. Bongs, K. Sengstock, Universität HamburgC. Lämmerzahl, Hj. Dittus, ZARM/Universität BremenA. Peters, Humboldt-Universität BerlinT. Hänsch, J. Reichel, Max-Planck Institut, MünchenR. Walser, W. P. Schleich, Universität Ulm
•Unterstützung: DLR 50 WM 0346
Ultrakalte Quantengase Ultrakalte Quantengase
in in -Gravitation-Gravitation
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 30/31
Kolloquium für Physiklehrende 17.1.06 31/31
Zusammenfassung und Zusammenfassung und AussichtenAussichten
ZusammenfassungZusammenfassung Frühgeschichtliches Fangen, Kühlen, Kondensieren und wohin das alles führt: BEC 1995 Schlüsselexperimente:
jilawww.colorado.edu/jilawww.colorado.edu/bec/CornellGroup
jilawww.colorado.edu/~jin/cua.mit.edu/ketterle_groupwww.physik.uni-stuttgart.de/TR21/ www.zarm.uni-bremen.de/www.physik.uni-ulm.de/quan/users/wal/
AussichtenAussichten Hoch aktives Forschungsgebiet: SFB, DLR, ESA
Projekte ERGO: Wir brauchen kluge Köpfe!!!