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)$\times$10$^5$ atoms inside the core with a loading efficiency of $2.5(6)~\%$. The preparation of an ultracold medium of such huge optical depth paves the way towards new applications in quantum optics and nonlinear optics

Stationäre 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 für effiziente lineare und nichtlineare optische Effekte, wie sie für zukünftige optische Quanten-Netzwerke und Quanten-Simulationen erforderlich sind. Hierfür wurde ein eindimensionales Medium extremer optischer Dichte (OD) erzeugt. Das verwendete Rubidium-87 erzielte innerhalb einer Hohlfaser eine OD von 1000 auf einem offenen Übergang. Dieses Medium sollte auf der Basis von EIT kohärente Effekte wie Lichtspeicherung und stationäre 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 Übergänge untersucht. Zur Überprüfung der Messergebnisse wurden diese mit einer numerischen Simulation verglichen. Diese berücksichtigt nicht nur die Absorption der nicht-resonanten Übergänge, sondern auch die räumlich inhomogene Verteilung der Atome innerhalb der Faser sowie die Gauß-förmige Intensitätsverteilung 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 üblichen Fällen mit homogenem Medium unterscheiden. So tritt aufgrund des räumlich unterschiedlich starken Kontrollfeldes auch räumlich unterschiedliche Transmission unter EIT auf. Dies führt zu einer inhomogenen Verbreiterung und damit Reduzierung der Gesamttransmission. Zur experimentellen Umsetzung wurde eine bestehende magneto-optische Falle (MOT) zum Kühlen und Fangen von Rubidium-87 mit asymmetrischer Form verwendet. Die asymmetrische Form führte zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Atome in transversaler und longitudinaler Richtungen, was mittels Flugzeit-Messungen und temperaturabhängigem EIT mit gegenläufigen Strahlen gemessen wurde. Die MOT wurde um eine photonische Kristall-Faser mit Hohlkern (HCPCF) erweitert. Hierfür wurde eine Halterung mit Möglichkeiten zur Ausrichtung der Faser und ein System aus Optiken zur Ein- und Auskopplung von Laserstrahlen konstruiert. Zur Führung 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 ergänzt. Zum Transfer in die Faser und zur Führung innerhalb des Hohlkerns wurde eine optische Dipolfalle implementiert. Das dafür verwendete Lasersystem wurde auf eine ausreichende Leistung und Frequenzstabilität untersucht. Dabei zeigte ein Betrieb mit zwei longitudinalen Moden eine Verbesserung der Transfereffizienz um einen Faktor 2–5. 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. 3∙10^5 Atomen und eine OD von bis zu 1000 in der Faser. Die erreichte Transfereffizienz von bis zu 5% liegt eine Größenordnung über dem Wert in früheren Ansätzen. Die verwendete HCPCF stellte sich als stark doppelbrechend heraus, was die Polarisation des transmittierten Lichts bereits auf den Abmessungen der Atomwolke deutlich verändert und daher das ursprünglich geplante EIT zwischen Zeeman-Zuständen unmöglich machte. Deshalb wurde ein polarisationsunabhängiges Kopplungsschema zwischen Hyperfein-Zuständen gewählt. Die beiden dafür nötigen Lasersysteme wurden mithilfe einer ebenfalls auf EIT basierenden Stabilisierungstechnik in Frequenz und Phase aufeinander stabilisiert. Das System wurde zunächst erfolgreich an Atomen außerhalb der HCPCF getestet. Dann wurden innerhalb des Mediums hoher OD die Bedingungen für EIT erzeugt, um einem schwachen Nachweisfeld eine Propagation mit reduzierter Absorption zu ermöglichen. Dabei wurden die starken Einflüsse der nicht-resonanten Übergänge auf Höhe und Position des Transmissionsfensters durch den Stark-Effekt untersucht. Die Ergebnisse ließen sich mit der Simulation bestätigen und zeigen die besonderen Eigenschaften des räumlich 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 für Lichtspeicherung und SLPs. Dabei konnte ein Lichtpuls bis um das Doppelte der Pulslänge verzögert werden, was sicherstellte, dass sich nahezu der gesamte Puls im Medium befand. Die nicht-resonanten Übergänge 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 OD > 30 im eindimensionalen Medium dar. Als nächstes wurden Lichtpulse im Medium als kohärente Überlagerung von Spin-Zuständen gespeichert. Diese Lichtspeicherung in einem atomaren Ensemble ist in später geplanten möglichen Anwendungen als Quanten-Speicher und Quanten-Repeater von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wurde dabei eine absolute Speichereffizienz von 23 % erreicht. Wie Simulationsergebnisse zeigen, wäre ohne die Absorption durch nicht-resonante Übergänge 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 für Speicherzeiten von bis zu 2,9 µs gespeichert werden, wobei hier neben der Dekohärenz besonders experimentelle Grenzen die messbare Zeit eingrenzten. Die Beschränkung der Speichereffizienz durch Zerfälle ist hauptsächlich durch die Bewegung der Atome gegeben. Hier ist also eine weitere Optimierung durch Kühlung der Atome möglich. Die hohe Absorption durch die nicht-resonanten Übergänge und der experimentell bedingte Untergrund durch den starken, kollinearen Kontrollstrahl begrenzten die verwendeten Nachweispulse auf ≥ 70 Photonen. Die gezeigte Lichtspeicherung stellt die erste Realisierung innerhalb einer Hohlfaser dar. Schließlich wurden im Medium stationäre Lichtpulse erzeugt. Diese sind nur bei hoher OD möglich und können zukünftig starke Wechselwirkungen zwischen einzelnen Photonen und eine erhöhte Wechselwirkungsdauer ermöglichen. Wie in früheren Experimenten gezeigt, erfordern SLPs in kalten Atomen eine Verstimmung zwischen den gegenläufigen Kontrollfeldern. Dies konnte hier nicht nur bestätigt werden, es zeigte sich auch, dass bei einem eindimensionalen Medium zusätzlich eine geringe Zweiphotonenverstimmung zwischen Nachweis- und Kontrollfeld zur Phasenanpassung erforderlich ist. Die erreichte Effizienz von 2,8(6)% liegt leicht unter früheren Realisierungen (ca. 5%), ist aber neben der nicht-resonanten Absorption zum Teil auf die räumlich stark inhomogenen EIT-Transmissionen aufgrund der dauerhaft aktiven Kontrollfelder zurückzuführen. 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 überprüft. Diese zeigte gute Übereinstimmung mit den gemessenen Daten und sagt das Vorhandensein eines Lichtfeldes im Medium in der relevanten Zeit voraus. Eine Abhängigkeit des Signals von der Verstimmung der Kontrollfelder und der SLP-Dauer bestätigte 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 6×6 cm received selective embolization with 150–250 μm 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+π−, D0π+ and D∗+π− final states in pp collisions

A study of D+π−, D0π+ and D∗+π− final states is performed using pp collision data, corresponding to an integrated luminosity of 1.0 fb−1, collected at a centre-of-mass energy of 7 TeV with the LHCb detector. The D1(2420)0 resonance is observed in the D∗+π− final state and the D∗2(2460) resonance is observed in the D+π−, D0π+ and D∗+π− 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 D∗+π−, D+π− and D0π+ 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 “their” 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