Radiofrequenzspektroskopie an Li-K Fermi-Fermi-Mischungen

Die Kombination von zwei verschiedenen fermionischen Atomsorten bietet eine Vielzahl von neuen Forschungsmöglichkeiten im Bereich ultrakalter, stark wechselwirkender Fermigase. Die Vielteilchenphysik einer solchen Fermi-Fermi-Mischung ist weitgehend unerforscht und bietet faszinierende neue Möglichkeiten sowohl für experimentelle als auch für theoretische Untersuchungen. Zur Realisierung eines solchen Systems stellt die Mischung von 6 Li und 40K den Hauptkandidaten dar. Der Innsbrucker Arbeitsgruppe gelang vor kurzem zusammen mit dem Antragsteller (seit April 2010 im Team) die erstmalige Beobachtung von Effekten starker Wechselwirkung in dieser Mischung. Im Rahmen des beantragten Projekts soll die Vielteilchenphysik in der stark wechselwirkenden Li-K Mischung mithilfe von Radiofrequenz-Spektroskopie untersucht werden. Zuerst soll dabei das System für den Grenzfall des polaronischen Regimes charakterisiert werden, wenn ein starkes Ungleichgewicht zwischen den Teilchendichten beider Spezies vorliegt. Dazu sollen die beiden elementaren Situationen von attraktiven und repulsiven K-Polaronen in einem entarteten Li-Fermigas untersucht werden. Zunächst soll die Bindungsenergie eines attraktiven K- Polarons in Abhängigkeit von der Li-K Wechselwirkungsstärke gemessen und erstmals die Dynamik des Übergangs von Polaronen zu Molekülen untersucht werden. Mit weiteren Messungen am repulsiven Polaronenzweig soll ein Vielteilchenzustand charakterisiert werden, der selbst für den einfacheren Fall eines Spingemisches einer einzelnen atomaren Spezies bisher kaum erforscht ist. Daraufhin soll untersucht werden, wie sich die beiden Zweige entwickeln, wenn die Teilchendichten beider Spezies angeglichen werden. Hierfür soll die Paarbildungsenergie entlang des attraktiven Zweigs für unterschiedliche Konzentration von K-Atomen in einem Li-Fermigas gemessen werden, womit dann in den Bereich möglicher suprafluider Phasen vorgestoßen werden soll. Untersuchungen am repulsiven Polaronenzweig werden zeigen, ob und für welche Konzentrationen und Wechselwirkungsstärken es zur Ausbildung von ferromagnetischen Phasen kommen kann. Darüber hinaus soll die Radiofrequenz-Spektroskopie auch auf neue Vielteilchenregime angewendet werden, die durch individuelle Kontrolle der externen Fallenpotentiale für beide Atomsorten, wie z.B. Systeme unterschiedlicher Dimensionalität oder kontrolliert ungeordnete fermionische Systeme, realisiert werden können.