Footnote:
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Description:
Quantensensoren basierend auf Materiewelleninterferometrie können zur Vermessung einer Vielzahl verschiedenster physikalischer Größen verwendet werden. Die Anwendung reicht von der präzisen Bestimmung fundamentaler Naturkonstanten bis zur Vermessung inertialer Kräfte wie Beschleunigungen und Rotationen. Hiermit lassen sich bspw. quantenbasierte Inertialsensoren für Navigationsaufgaben, Gravimeter oder auch Gradiometer realisieren. Hierzu sind ultrakalte oder kondensierte atomare Ensembles notwendig, da die Sensitivität des Materiewelleninterferometers mit der Dauer des Interferometers skaliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwiefern sich die Expansionseigenschaften eines Quantengases manipulieren lassen um die Detektierbarkeit auch nach Freifallzeiten von mehreren Sekunden zu gewahrleisten. Hierzu wurde eine kompakte und robuste Quelle quantenentarteter Gase in der Mikrogravitationsumgebung des Fallturm Bremen genutzt. Mit ihr lassen sich Bose-Einstein Kondensate aus 100.000 Rb-87 Atomen mit einer Repetitionsrate von 1 Hz und einer internen kinetischen Energie von 2 nK erzeugen. Eine kollektive Größenoszillation wird mit einer magnetischen Linse kombiniert um ein Materiewellenlinsensystem zu formen. Die Messkampagnen im Fallturm wurden von Simulationen begleitet, um quantitative Aussagen zu den Expansionseigenschaften und der Detektierbarkeit des Ensembles zu treffen. Es konnte gezeigt werden, dass sich die interne kinetische Energie eines Bose-Einstein Kondensates mithilfe des Materiewellenlinsensystems auf 38 pK reduzieren lässt. Ein derart manipuliertes atomares Ensemble konnte noch nach einer Freifallzeit von 2 s detektiert werden. Durch Extrapolation der Simulationsergebnisse konnte abgeschätzt werden, dass die Detektierbarkeit für bis zu 17 s gegeben wäre. Dies stellt einen herausragenden Eingangszustand fur künftige, vor allem weltraumgestützte Quantensensoren dar. ; Quantum-sensors based on matter-wave interferometrie can be used for measuring a multitude of different physical properties. ...