Tesis doctoral de Ulrich Ebling
Gases atómicos ultrafríos han establecido como sistemas cuánticos limpias que ofrecen un alto grado de control sobre parámetros cruciales. Están bien aisladas de su entorno y por eso ofrecen la posibilidad de estudiar la dinámica coherente de muchos cuerpos. En esta tesis, estudiamos la dinámica de fermiones ultrafríos con spin largo. Gases espinoriales fermiónicos difieren de la situación típica en la física de materia condensada por la presencia de la trampa y la posibilidad de tener un spin largo (> 1/2). En comparación con el caso de spin 1/2, fermiones de espín largo deben tener una de dos posibles propiedades nuevas. Obedecen a una simetría ampliada su(n), o muestran colisiones spin-cambiante y un efecto zeeman cuadrático. Aqui tratamos el segundo caso. en el escenario de interacciónes débiles, hay tres regímenes diferentes. Para interacciones muy débiles, el sistema está en el régimen sin colisiones e interacciones se puede describir en un nivel de campo medio. Para interacciones fuertes, las colisiones garantizan el equilibrio local y el sistema es descrito por ecuaciones hidrodinámicas. Para el régimen intermedio, no hay una descripción sencilla. Ademas, la sección transversa de dispersión para colisiones spin-cambiantes y de spin-conservación puede ser diferente para fermiones de espín largo. Encontramos una situación, donde el sistema es hidrodinámico con respecto a un proceso, pero no a la otra. En esta tesis desarrollamos una ecuación de boltzmann semi-clásica, que permite interpolar el régimen intermedio, en presencia de la trampa y para espín largo. Este enfoque trata la dinámica de un cuerpo como un sistema abierto, acoplado a un entorno determinado por todas las atomos demás. Encontramos un buen acuerdo con experimentos realizados en el grupo de klaus sengstock en la universidad de hamburgo, hechos con potasio-40 ultrafrío. comenzamos investigando el efecto de la trampa armónica en un sistema sin colisiones. Encontramos un mecanismo dinámico par la segregación de spin, la creación de dos dominios de magnetización opuesta en el espacio fásico, impulsada por el campo medio. Encontramos una explicación transparente de este efecto con la introducción del concepto de interacciones de largo alcance inducidos dinámicamente, que se forma cuando una fuerte trampa parabólica desenfoque eficazmente las interacciones de contacto. otros resultados de esta tesis han sido realizados en colaboración con el grupo experimental en hamburgo. En el primer proyecto, estudiamos las excitaciones colectivas de un gas de fermi atrapada, con cuatro componentes de spin. Ondas de spin con larga longitud de onda se excitan mediante un gradiente de campo magnético. Durante la dinámica siguiente, los componentes de spin oscilan en la trampa, mientras que la densidad total permanece constante. Podemos entender esta dinámica cuantitativamente desligandola en configuraciones dipolares, nemáticos y octupolares de espín. en un experimento siguiente con fermiones de spin 9/2, se encontró que las interacciones spin-cambiando pueden activar oscilaciones colectivas y coherentes del estado de spin de todo el mar de fermi con duración larga. Descubrimos teóricamente, que estas oscilaciones gigantes están protegidos de desfase espacial por las interacciones de largo alcance inducidos dinámicamente. Identificamos la supresión de tales oscilaciones en el régimen de alta densidad como la consecuencia de la dispersión incoherente lateral. en el último proyecto, estudiamos los procesos de colisión en potasio ultrafrío en mas detalle. Podemos organizarlos en tres categorías: colisiones spin-cambiante vs. Spin-conservación, procesos dependiente de la densidad vs. Gradientes de densidad y colisiones hacia adelante vs. Laterales. Con esta clasificación y la dependencia en la longitud de dispersión y momentos, podemos explicar y simular no sólo las oscilaciones coherentes impulsados por el campo medio, sino también efectos de relajación.
Datos académicos de la tesis doctoral «Dynamics of spinor fermions«
- Título de la tesis: Dynamics of spinor fermions
- Autor: Ulrich Ebling
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 03/11/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Maciej Lewenstein
- Tribunal
- Presidente del tribunal: sandro Stringari
- dan Stamper-kurn (vocal)
- (vocal)
- (vocal)