Im Rahmen dieser Arbeit wird die atomchipbasierte Experimentierkammer für den Einsatz
in den Höhenforschungsraketenmissionen MAIUS-2 und 3 aufgebaut und mit einem bodengestützten
System in Betrieb genommen. Die neue Apparatur ermöglicht innerhalb von
3.4 s die Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten mit 3*10E5 Rb-87 Atomen oder 6*10E4
K-41 Atomen. Zusätzlich können quantenentartete Mischungen mit variablen Isotopenverhältnissen
bereitgestellt werden. In Untersuchungen zur sympathetischen Kühlung von
K-41 durch Rb-87 wird der Einfluss der Gravitation auf Thermalisierungsraten quantifiziert.
Das Expansionsverhalten frei fallender Bose-Einstein-Kondensate wird für beide Isotope
untersucht. Transiente Magnetfelder während des Ausschaltens der Magnetfalle zeigen
dabei einen erheblichen Einfluss auf die Expansion und müssen in Simulationen berücksichtigt
werden. Im Rahmen der Analyse kollektiver Anregungen reiner und gemischter
Kondensate kann eine gegenseitige Dämpfung der Anregungen aufgrund der gegenseitigen
Wechselwirkung aufgezeigt werden. Schließlich wird der Einfluss der Gravitation auf den
Grundzustand und die Massenschwerpunktsbewegung der wechselwirkenden Ensembles
durch Rotation der Apparatur in Flugzeitmessungen untersucht.
This thesis presents the next generation atom chip apparatus for the sounding rocket
missions MAIUS-2 and -3. With the new apparatus, Bose-Einstein condensates containing
3 · 10E5 atoms of Rb-87 or 6 · 10E4 atoms of K-41 are generated within 3.4 s in ground-based
operation. In addition, quantum degenerate mixtures with variable isotope ratios can be
provided. An analysis of sympathetic cooling of K-41 under the influence of gravity and
prospects for thermalization rates in microgravity are given. The expansion dynamics of
single species Bose-Einstein condensates released from a magnetic trap is analyzed in detail.
It is shown that transient magnetic fields during trap switch-off have a considerable impact
on the expansion dynamics. Further, collective excitations of single and mixed ensembles
are evaluated. Due to interspecies damping, collective excitations of interacting mixtures
of K-41 and Rb-87 are strongly suppressed. Finally, the influence of gravity on a trapped
and strongly interacting mixture is observed via rotation of the whole apparatus.
