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A one-dimensional ultracold medium of extreme optical depth
We report on the preparation of a one-dimensional ultracold medium in a
hollow-core photonic crystal fiber, reaching an effective optical depth of
1000(150). We achieved this extreme optical depth by transferring atoms from a
magneto-optical trap into a far-detuned optical dipole trap inside the
hollow-core fiber, yielding up to 2.5(3)10 atoms inside the core
with a loading efficiency of . The preparation of an ultracold
medium of such huge optical depth paves the way towards new applications in
quantum optics and nonlinear optics
StationÀre Lichtpulse und Lichtspeicherung in einem eindimensionalen kalten atomaren Ensemble hoher optischer Dichte
Im Rahmen dieser Arbeit sollte eine starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erreicht werden. Diese ist notwendig fĂŒr effiziente lineare und nichtlineare optische Effekte, wie sie fĂŒr zukĂŒnftige optische Quanten-Netzwerke und Quanten-Simulationen erforderlich sind. HierfĂŒr wurde ein eindimensionales Medium extremer optischer Dichte (OD) erzeugt. Das verwendete Rubidium-87 erzielte innerhalb einer Hohlfaser eine OD von 1000 auf einem offenen Ăbergang. Dieses Medium sollte auf der Basis von EIT kohĂ€rente Effekte wie Lichtspeicherung und stationĂ€re Lichtpulse (SLPs) ermöglichen, welche in Quanten-Netzwerken Verwendung finden sollen. Diese Effekte wurden in dieser Arbeit erstmalig in einem solchen eindimensionalen Medium hoher OD realisiert. Dabei wurden auch die besonderen Eigenschaften eines Mediums hoher OD insbesondere aufgrund nicht-resonanter ĂbergĂ€nge untersucht.
Zur ĂberprĂŒfung der Messergebnisse wurden diese mit einer numerischen Simulation verglichen. Diese berĂŒcksichtigt nicht nur die Absorption der nicht-resonanten ĂbergĂ€nge, sondern auch die rĂ€umlich inhomogene Verteilung der Atome innerhalb der Faser sowie die GauĂ-förmige IntensitĂ€tsverteilung der verwendeten Laserstrahlen. Dies war notwendig, um die Transmission durch das Medium und Auswirkungen auf die Gruppengeschwindigkeit im Medium korrekt zu simulieren, die sich deutlich von den sonst ĂŒblichen FĂ€llen mit homogenem Medium unterscheiden. So tritt aufgrund des rĂ€umlich unterschiedlich starken Kontrollfeldes auch rĂ€umlich unterschiedliche Transmission unter EIT auf. Dies fĂŒhrt zu einer inhomogenen Verbreiterung und damit Reduzierung der Gesamttransmission.
Zur experimentellen Umsetzung wurde eine bestehende magneto-optische Falle (MOT) zum KĂŒhlen und Fangen von Rubidium-87 mit asymmetrischer Form verwendet. Die asymmetrische Form fĂŒhrte zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Atome in transversaler und longitudinaler Richtungen, was mittels Flugzeit-Messungen und temperaturabhĂ€ngigem EIT mit gegenlĂ€ufigen Strahlen gemessen wurde. Die MOT wurde um eine photonische Kristall-Faser mit Hohlkern (HCPCF) erweitert. HierfĂŒr wurde eine Halterung mit Möglichkeiten zur Ausrichtung der Faser und ein System aus Optiken zur Ein- und Auskopplung von Laserstrahlen konstruiert. Zur FĂŒhrung der Atome aus der MOT zur HCPCF wurde ein optischer Trichter auf Basis einer Dunkelpunkt-MOT erzeugt. Zur Steigerung der Transfereffizienz wurde eine Verschiebung der Wolke aus kalten Atomen mittels Magnetfeldern ergĂ€nzt. Zum Transfer in die Faser und zur FĂŒhrung innerhalb des Hohlkerns wurde eine optische Dipolfalle implementiert. Das dafĂŒr verwendete Lasersystem wurde auf eine ausreichende Leistung und FrequenzstabilitĂ€t untersucht. Dabei zeigte ein Betrieb mit zwei longitudinalen Moden eine Verbesserung der Transfereffizienz um einen Faktor 2â5. Mit der Kombination dieser Techniken wurden erfolgreich kalte Rubidiumatome von der MOT in den Hohlkern geladen. Zum Nachweis der Atome wurde deren Anzahl in der HCPCF mittels optischem Pumpen bestimmt und es wurden Transmissionsspektren aufgenommen. Diese belegen eine Anzahl von ca. 3â10^5 Atomen und eine OD von bis zu 1000 in der Faser. Die erreichte Transfereffizienz von bis zu 5% liegt eine GröĂenordnung ĂŒber dem Wert in frĂŒheren AnsĂ€tzen.
Die verwendete HCPCF stellte sich als stark doppelbrechend heraus, was die Polarisation des transmittierten Lichts bereits auf den Abmessungen der Atomwolke deutlich verĂ€ndert und daher das ursprĂŒnglich geplante EIT zwischen Zeeman-ZustĂ€nden unmöglich machte. Deshalb wurde ein polarisationsunabhĂ€ngiges Kopplungsschema zwischen Hyperfein-ZustĂ€nden gewĂ€hlt. Die beiden dafĂŒr nötigen Lasersysteme wurden mithilfe einer ebenfalls auf EIT basierenden Stabilisierungstechnik in Frequenz und Phase aufeinander stabilisiert. Das System wurde zunĂ€chst erfolgreich an Atomen auĂerhalb der HCPCF getestet.
Dann wurden innerhalb des Mediums hoher OD die Bedingungen fĂŒr EIT erzeugt, um einem schwachen Nachweisfeld eine Propagation mit reduzierter Absorption zu ermöglichen. Dabei wurden die starken EinflĂŒsse der nicht-resonanten ĂbergĂ€nge auf Höhe und Position des Transmissionsfensters durch den Stark-Effekt untersucht. Die Ergebnisse lieĂen sich mit der Simulation bestĂ€tigen und zeigen die besonderen Eigenschaften des rĂ€umlich inhomogenen Mediums hoher OD in Form einer reduzierten Transmission. Dies ist die erste Realisierung von EIT bei OD > 30 in solch einem eindimensionalen Medium innerhalb einer Hohlfaser.
Danach wurde die Verzögerung von Lichtpulsen durch das Medium hoher OD aufgrund reduzierter Gruppengeschwindigkeit (langsames Licht) untersucht. Dies diente der einfachen Bestimmung der OD und dem Auffinden geeigneter Parameter der OD und der Kontroll-Rabi-Frequenz fĂŒr Lichtspeicherung und SLPs. Dabei konnte ein Lichtpuls bis um das Doppelte der PulslĂ€nge verzögert werden, was sicherstellte, dass sich nahezu der gesamte Puls im Medium befand. Die nicht-resonanten ĂbergĂ€nge begrenzten dabei die erreichbare Transmission. Die Verzögerung der Lichtpulse entsprach aufgrund der inhomogenen Verbreiterung nicht den bekannten Werten in homogenem Medium, konnte aber mit der Simulation richtig beschrieben werden. Die hier gezeigten Experimente mit langsamem Licht stellen die erste Untersuchung bei ODâ>â30 im eindimensionalen Medium dar.
Als nĂ€chstes wurden Lichtpulse im Medium als kohĂ€rente Ăberlagerung von Spin-ZustĂ€nden gespeichert. Diese Lichtspeicherung in einem atomaren Ensemble ist in spĂ€ter geplanten möglichen Anwendungen als Quanten-Speicher und Quanten-Repeater von groĂer Bedeutung. In dieser Arbeit wurde dabei eine absolute Speichereffizienz von 23â% erreicht. Wie Simulationsergebnisse zeigen, wĂ€re ohne die Absorption durch nicht-resonante ĂbergĂ€nge eine höhere Effizienz möglich. Die im Experiment erreichte relative Effizienz von 60% (Anteil des langsamen Lichts, der gespeichert und wieder ausgelesen wurde) zeigt das theoretisch hohe Potential des Mediums als Quanten-Speicher. Es konnten Pulse fĂŒr Speicherzeiten von bis zu 2,9â”s gespeichert werden, wobei hier neben der DekohĂ€renz besonders experimentelle Grenzen die messbare Zeit eingrenzten. Die BeschrĂ€nkung der Speichereffizienz durch ZerfĂ€lle ist hauptsĂ€chlich durch die Bewegung der Atome gegeben. Hier ist also eine weitere Optimierung durch KĂŒhlung der Atome möglich. Die hohe Absorption durch die nicht-resonanten ĂbergĂ€nge und der experimentell bedingte Untergrund durch den starken, kollinearen Kontrollstrahl begrenzten die verwendeten Nachweispulse auf â„â70âPhotonen. Die gezeigte Lichtspeicherung stellt die erste Realisierung innerhalb einer Hohlfaser dar.
SchlieĂlich wurden im Medium stationĂ€re Lichtpulse erzeugt. Diese sind nur bei hoher OD möglich und können zukĂŒnftig starke Wechselwirkungen zwischen einzelnen Photonen und eine erhöhte Wechselwirkungsdauer ermöglichen. Wie in frĂŒheren Experimenten gezeigt, erfordern SLPs in kalten Atomen eine Verstimmung zwischen den gegenlĂ€ufigen Kontrollfeldern. Dies konnte hier nicht nur bestĂ€tigt werden, es zeigte sich auch, dass bei einem eindimensionalen Medium zusĂ€tzlich eine geringe Zweiphotonenverstimmung zwischen Nachweis- und Kontrollfeld zur Phasenanpassung erforderlich ist. Die erreichte Effizienz von 2,8(6)% liegt leicht unter frĂŒheren Realisierungen (ca. 5%), ist aber neben der nicht-resonanten Absorption zum Teil auf die rĂ€umlich stark inhomogenen EIT-Transmissionen aufgrund der dauerhaft aktiven Kontrollfelder zurĂŒckzufĂŒhren. Da ein direkter Nachweis der SLPs innerhalb der HCPCF noch nicht möglich ist, wurde das detektierte Signal nicht nur mit dem Signal von langsamem Licht bei gleichen Bedingungen verglichen, sondern auch mit einer Simulation ĂŒberprĂŒft. Diese zeigte gute Ăbereinstimmung mit den gemessenen Daten und sagt das Vorhandensein eines Lichtfeldes im Medium in der relevanten Zeit voraus. Eine AbhĂ€ngigkeit des Signals von der Verstimmung der Kontrollfelder und der SLP-Dauer bestĂ€tigte ebenfalls die Existenz von SLPs. Dies ist die erste Realisierung von SLPs in einem eindimensionalen Medium
Magnetic, Transport, and Thermal Properties of Single Crystals of the Layered Arsenide BaMn2As2
Growth of BaMn2As2 crystals using both MnAs and Sn fluxes is reported. Room
temperature crystallography, anisotropic isothermal magnetization M versus
field H and magnetic susceptibility chi versus temperature T, electrical
resistivity in the ab plane rho(T), and heat capacity C(T) measurements on the
crystals were carried out. The tetragonal ThCr2Si2-type structure of BaMn2As2
is confirmed. After correction for traces of ferromagnetic MnAs impurity phase
using M(H) isotherms, the inferred intrinsic chi(T) data of the crystals are
anisotropic with chi_{ab}/chi_{c} \approx 7.5 at T = 2 K. The temperature
dependences of the anisotropic chi data suggest that BaMn2As2 is a collinear
antiferromagnet at room temperature with the easy axis along the c axis, and
with an extrapolated Neel temperature T_N \sim 500 K. The rho(T) decreases with
decreasing T below 310 K but then increases below \sim 50 K, suggesting that
BaMn2As2 is a small band-gap semiconductor with an activation energy of order
0.03 eV. The C(T) data from 2 to 5 K are consistent with this insulating ground
state, exhibiting a low temperature Sommerfeld coefficient gamma = 0.0(4)
mJ/mol K^2. The Debye temperature is determined from these data to be theta_D =
246(4) K. BaMn2As2 is a potential parent compound for ThCr2Si2-type
superconductors.Comment: 7 pages, 6 figures; v2: typos corrected, additional data and
discussion, accepted for publication in Phys. Rev.
Peculiar behavior of the electrical resistivity of MnSi at the ferromagnetic phase transition
The electrical resistivity of a single crystal of MnSi was measured across
its ferromagnetic phase transition line at ambient and high pressures. Sharp
peaks of the temperature coefficient of resistivity characterize the transition
line. Analysis of these data shows that at pressures to ~0.35 GPa these peaks
have fine structure, revealing a shoulder at ~ 0.5 K above the peak. It is
symptomatic that this structure disappears at pressures higher than ~0.35 GPa,
which was identified earlier as a tricritical poin
A Q-Ising model application for linear-time image segmentation
A computational method is presented which efficiently segments digital
grayscale images by directly applying the Q-state Ising (or Potts) model. Since
the Potts model was first proposed in 1952, physicists have studied lattice
models to gain deep insights into magnetism and other disordered systems. For
some time, researchers have realized that digital images may be modeled in much
the same way as these physical systems (i.e., as a square lattice of numerical
values). A major drawback in using Potts model methods for image segmentation
is that, with conventional methods, it processes in exponential time. Advances
have been made via certain approximations to reduce the segmentation process to
power-law time. However, in many applications (such as for sonar imagery),
real-time processing requires much greater efficiency. This article contains a
description of an energy minimization technique that applies four Potts
(Q-Ising) models directly to the image and processes in linear time. The result
is analogous to partitioning the system into regions of four classes of
magnetism. This direct Potts segmentation technique is demonstrated on
photographic, medical, and acoustic images.Comment: 7 pages, 8 figures, revtex, uses subfigure.sty. Central European
Journal of Physics, in press (2010
Bostonia: The Boston University Alumni Magazine. Volume 10
Founded in 1900, Bostonia magazine is Boston University's main alumni publication, which covers alumni and student life, as well as university activities, events, and programs
Endometrial stromal sarcoma with selective polyvinyl alcohol embolization of a pulmonary metastasis after recurrent hemoptysis and expansive growth
A 63-year-old female with a well-vascularized pulmonary metastasis of an endometrial stromal sarcoma (ESS) of 6Ă6 cm received selective embolization with 150â250 ÎŒm polyvinyl alcohol (Contour; Boston Scientific, Natick, MA, USA) via a bronchial artery. Post-interventional loss of perfusion was qualitatively estimated to be >80%. The lesion was located in direct proximity to the pulmonary hilar vessels. Owing to recurrent and sudden hemoptyses, an interdisciplinary tumor board assessed the risk of life-threatening blood loss to be greater than that of angiography with particle embolization and agreed on an endovascular approach. Hemoptysis did not recur in a follow-up period of six months. Initial clinical symptoms were noted 25 years ago. However, establishing a definite diagnosis has, for a long time, remained a histopathological challenge
The Experiment That did not Fail: Image and Reality in the Israeli Kibbutz
The kibbutzim of Israel show the world that communal living can be successful, and many observers have asked the questions: Can this success be repeated elsewhere? What are its lessons for other societies? In sociology, the validity and importance of comparative study and the intrinsic interest of the kibbutz way of life cannot be denied
Study of DJ meson decays to D+Ïâ, D0Ï+ and Dâ+Ïâ final states in pp collisions
A study of D+Ïâ, D0Ï+ and Dâ+Ïâ final states is performed using pp collision data, corresponding to an integrated luminosity of 1.0 fbâ1, collected at a centre-of-mass energy of 7 TeV with the LHCb detector. The D1(2420)0 resonance is observed in the Dâ+Ïâ final state and the Dâ2(2460) resonance is observed in the D+Ïâ, D0Ï+ and Dâ+Ïâ final states. For both resonances, their properties and spin-parity assignments are obtained. In addition, two natural parity and two unnatural parity resonances are observed in the mass region between 2500 and 2800 MeV. Further structures in the region around 3000 MeV are observed in all the Dâ+Ïâ, D+Ïâ and D0Ï+ final states
Clinical realism: a new literary genre and a potential tool for encouraging empathy in medical students
Background: Empathy has been re-discovered as a desirable quality in doctors. A number of approaches using the medical humanities have been advocated to teach empathy to medical students. This paper describes a new approach using the medium of creative writing and a new narrative genre: clinical realism. Methods: Third year students were offered a four week long Student Selected Component (SSC) in Narrative Medicine and Creative Writing. The creative writing element included researching and creating a character with a life-changing physical disorder without making the disorder the focus of the writing. The age, gender, social circumstances and physical disorder of a character were randomly allocated to each student. The students wrote repeated assignments in the first person, writing as their character and including details of living with the disorder in all of their narratives. This article is based on the work produced by the 2013 cohort of students taking the course, and on their reflections on the process of creating their characters. Their output was analysed thematically using a constructivist approach to meaning making. Results: This preliminary analysis suggests that the students created convincing and detailed narratives which included rich information about living with a chronic disorder. Although the writing assignments were generic, they introduced a number of themes relating to illness, including stigma, personal identity and narrative wreckage. Some students reported that they found it difficult to relate to âtheirâ character initially, but their empathy for the character increased as the SSC progressed. Conclusion: Clinical realism combined with repeated writing exercises about the same character is a potential tool for helping to develop empathy in medical students and merits further investigation
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