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Bright Solitons and Dynamics in Bose-Fermi Mixtures

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Bose-Fermi-Mischungen wieder auf der Forschungsagenda

Eine europäische Initiative führte Experimente zu Bose-Fermi-Mischungen durch, um die Solitonenbildung zu dem Zweck zu untersuchen, möglicherweise die Anwendbarkeit dieser Technologie zu erweitern.

Industrielle Technologien

Mehrkomponenten-Quantengase mit gemischter Statistik - hier bewegt sich die Pionierforschung auf dem Gebiet der ultrakalten Atome. Sie bieten einzigartige experimentelle Möglichkeiten zur Erforschung der grundlegenden Quantenmechanik und Festkörperphysik. Das EU-finanzierte Projekt Solinmix ("Bright solitons and dynamics in Bose-Fermi mixtures") verfolgte das Ziel, helle solitäre Wellen von konstanter Form und Geschwindigkeit - bekannt als Solitonen - in einer ultrakalten Bose-Fermi-Mischung zu untersuchen. Die erforderliche nichtlineare Wechselwirkung wird durch die Anziehung zwischen den Bose- und Fermi-Komponenten geschaffen. Obgleich theoretisch vorhergesagt, sind Solitonen bis heute noch nicht in einer Bose-Fermi-Mischung beobachtet worden. Die Experimente wurden mit einer Bose-Einstein-Kondensatmischung (BEC) aus fermionischen Kalium- (40K) und bosonischen Rubidium-Isotopen (87Rb) unter Einsatz eines Atomchips durchgeführt. Zu den Zielen des Projekts gehörte es, experimentell nachzuprüfen, unter welchen Bedingungen eine Bose-Fermi-Mischung als eindimensional betrachtet werden kann, und ein neues Werkzeug zu entwickeln, mit dem die Stärken der Atom-Atom-Wechselwirkung zu verändern sind. Es wurde festgestellt, dass p-Wellen-Wechselwirkungen ausgenutzt werden könnten, um extrem robuste helle Bose-Fermi-Materiewellen-Solitonen zu erzeugen, die viel stabiler als ihre rein bosonischen Gegenstücke wären. Die Solinmix-Resultate verkörpern das Potenzial, bei der Entwicklung empfindlicher Oberflächensonden Einsatz zu finden und ebnen somit den Weg zur Anwendung dieser Technologie auf den Gebieten Präzisionsmess- und Oberflächenwissenschaften.

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26 Januar 2021