Wie ist es möglich, verschiedene Techniken in Experimenten mit kalten Atomen zu kombinieren?

Sie können sich definitiv gegenseitig stören! Zum Beispiel,

Würde das für die BEC-BCS-Frequenzweiche angelegte Magnetfeld nicht irgendwie einen Teil des Magnetfelds im MOT aufheben und es weniger effektiv (oder vollständig unwirksam) machen?

ist völlig richtig - es wäre schwierig, wenn nicht unmöglich, eine solche Physik mit Atomen in einem TÜV zu untersuchen.

Eine sehr hilfreiche Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, Atome in einer optischen Falle mit Licht einzufangen, das weit von jedem atomaren Übergang entfernt ist, manchmal auch als optische Dipolfalle bezeichnet (1).. Diese Art von Falle nutzt die Wechselwirkung zwischen dem atomaren elektrischen Dipol und Licht, um eine konservative Fangkraft zu erzeugen, sodass sie im Gegensatz zu einem TÜV nicht automatisch für Kühlung sorgt. Stattdessen ist er oft Endpunkt einer aufwendigen Kühlprozedur, die mit einem TÜV beginnt. Einer der Hauptvorteile solcher weit verstimmter Felder besteht darin, dass die Kraft, die sie auf ein bestimmtes Atom ausüben, im Allgemeinen unempfindlich gegenüber dem inneren Zustand wie dem Spin ist. Daher kann man den Spin manipulieren oder die Magnetfelder ändern, um so etwas wie BEC-BCS-Physik zu machen, ohne die Einfangkraft zu beeinflussen. Die meisten optischen Gitter werden in ähnlicher Weise mit weit verstimmten Lasern erzeugt.

Die Verwendung weit verstimmter Laser kann also das Verständnis erleichtern, aber andere Manipulationstechniken können sich sicherlich gegenseitig beeinflussen. Beispielsweise kann die Anwendung von HF zur Manipulation des Spins eine Feshbach-Resonanz beeinflussen, ebenso wie nahezu resonantes Licht. Diese wurden experimentell verwendet, um die Eigenschaften von Resonanzen zu modifizieren (2) , (3). Diese verschiedenen Werkzeuge können sich also gegenseitig stören, aber manchmal kann dies tatsächlich umgekehrt und verwendet werden, um ihre Kräfte zu erweitern. Natürlich funktioniert diese Interferenz manchmal nicht für das, was Sie tun möchten, in diesem Fall müssen Sie möglicherweise darauf achten, welche Felder Sie gleichzeitig eingeschaltet haben. Als weitere Möglichkeit beeinflussen sich manchmal zwei Felder auf relativ harmlose Weise, wie z. B. die Verschiebungen der Energieniveaus von einem Feld, die eine Verschiebung der absoluten Position einer Resonanz für ein anderes Feld verursachen, aber nicht viel mehr. Effekte können also von nicht vorhanden über extrem wichtig bis signifikant reichen, erfordern aber nur eine Kalibrierung.

Ein separates Problem, das Sie wahrscheinlich nicht ganz im Sinn hatten, ist die Frage des elektrischen Übersprechens zwischen all den verschiedenen Laborkomponenten. Dies ist eher eine praktische als eine grundlegende Angelegenheit, kann aber auch große Probleme verursachen. Beispielsweise könnte HF-Strahlung, die zum Manipulieren von Atomen verwendet wird, auch auf einer Laserschaltung als Rauschen aufgenommen werden und eine unerwünschte Modulation des Lasers verursachen. Es wird viel experimenteller Aufwand betrieben, um diese Systeme so weit wie möglich zu isolieren.

Hier ist ein typisches Beispiel dafür, wie alles zusammenpassen könnte:

Ein Versuchszyklus beginnt mit dem Sammeln von Atomen in einem TÜV. Diese Atome werden dann in eine optische Falle überführt, die aus sich überschneidenden, weit verstimmten Laserstrahlen besteht, und durch Verdunstungskühlung weiter gekühlt (unter Verlust von Atomen). Am Ende dieses Kühlprozesses befindet sich ein entartetes Gas in dieser optischen Falle. Dann wird das optische Gitter so eingeschaltet, dass die Atome in das Grundband geladen werden. An diesem Punkt beginnt das Experiment selbst, bei dem das Gas untersucht wird (möglicherweise unter Verwendung von HF- oder Raman-Übergängen oder einer beliebigen Anzahl anderer Werkzeuge) und dann schließlich auf destruktive Weise gemessen wird, indem ein Bild mit on-resonantem Licht aufgenommen wird.