Bose-Einsteincondensatie met record aantal rubidiumatomen
Op AMOLF werd kort geleden Bose-Einsteincondensatie (BEC) van rubidiumatomen bereikt. Het is de eerste keer dat dit veel-deeltjes quantumeffect, dat in 1925 theoretisch werd voorspeld en in 1995 voor het eerst werd gerealiseerd ([1],[2]), in Nederland tot stand is gebracht. De condensatie geschiedt bij extreem lage temperaturen rond 1 miljoenste deel van een graad Celsius boven het absolute nulpunt. Daarbij ontstaat een toestand van de materie, die verantwoordelijk is voor bijzondere verschijnselen zoals superfluiditeit en supergeleiding en bepaalde eigenschappen van neutronensterren. Bosegecondenseerde alkaligassen bieden de mogelijkheid om dergelijke quantum effecten te bestuderen.
Door diverse instrumentele innovaties is op AMOLF het momenteel grootste en stabielste Bose-Einsteincondensaat met rubidiumatomen gemaakt. Hiervoor wordt allereerst een magneto-optische val geladen vanuit een op AMOLF ontwikkelde fontein van koude atomen [Dieckmann et al., Phys. Phys. Rev. A 58, 3891 (1998)]. Door koelen met laserlicht wordt de temperatuur van de gaswolk naar 40x10-6 K verlaagd. Vervolgens worden de atomen door middel van optisch pompen in dezelfde spintoestand gebracht en overgeladen in een magnetische 'Ioffe' val. Het laatste stuk van het koeltraject vindt plaats door geforceerde verdamping. Een radiofrequent veld klapt de spins van de meest energetische atomen om, die daardoor uit de val worden gedreven. De achtergebleven atomen thermaliseren door botsingen. De Bose-Einsteincondensatie wordt bereikt met ongeveer 8x106 atomen van 87Rb in de val, bij een temperatuur van 1,5x10-6 K en een dichtheid van 7x1014 cm-3.
De animatie bestaat uit een montage van beelden genomen in verschillende stadia van het verdampingstraject. Voor ieder beeld wordt de atoomval uitgeschakeld en expandeert de wolk gedurende 13 ms. Een resonante laser wordt kort aangeflitst en de schaduw die de atomen in de laserbundel werpen wordt afgebeeld op een CCD-camera. Het getoonde beeldveld is 0,7 x 0,7 mm2 . In het centrum zien we het ellipsvormig geëxpandeerde condensaat als gevolg van de anisotropie van de magnetische val. Daaromheen bevindt zich een bolvormig geëxpandeerde thermische component. Bij afnemende temperatuur zien we dat de thermische component geleidelijk verdwijnt en alle atomen ten slotte in het condensaat terechtkomen.
(K. Dieckmann, I. Shvarchuck, M. Zielonkowski, R.J.C. Spreeuw en J.T.M. Walraven)
_________________________
[1] M.H. Anderson et al., Science 269,198 (1995)
[2] K.B. Davis et al., Phys. Rev. Lett. 75, 3969 (1995)