TY  - THES
A1  - Schiefele, Jürgen
T1  - Casimir-Polder interaction in second quantization
T1  - Casimir-Polder Wechselwirkung in zweiter Quantisierung
N2  - The Casimir-Polder interaction between a single neutral atom and a nearby surface, arising from the (quantum and thermal) fluctuations of the electromagnetic field, is a cornerstone of cavity quantum electrodynamics (cQED), and theoretically well established. Recently, Bose-Einstein condensates (BECs) of ultracold atoms have been used to test the predictions of cQED. The purpose of the present thesis is to upgrade single-atom cQED with the many-body theory needed to describe trapped atomic BECs. Tools and methods are developed in a second-quantized picture that treats atom and photon fields on the same footing. We formulate a diagrammatic expansion using correlation functions for both the electromagnetic field and the atomic system. The formalism is applied to investigate, for BECs trapped near surfaces, dispersion interactions of the van der Waals-Casimir-Polder type, and the Bosonic stimulation in spontaneous decay of excited atomic states. We also discuss a phononic Casimir effect, which arises from the quantum fluctuations in an interacting BEC.
N2  - Die durch (quantenmechanische und thermische) Fluktuationen des elektromagnetischen Feldes hervorgerufene Casimir-Polder-Wechselwirkung zwischen einem elektrisch neutralen Atom und einer benachbarten Oberfläche stellt einen theoretisch gut untersuchten Aspekt der Resonator-Quantenelektrodynamik (cavity quantum electrodynamics, cQED) dar. Seit kurzem werden atomare Bose-Einstein-Kondensate (BECs) verwendet, um die theoretischen Vorhersagen der cQED zu überprüfen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die bestehende cQED Theorie für einzelne Atome mit den Techniken der Vielteilchenphysik zur Beschreibung von BECs zu verbinden. Es werden Werkzeuge und Methoden entwickelt, um sowohl Photon- als auch Atom-Felder gleichwertig in zweiter Quantisierung zu beschreiben. Wir formulieren eine diagrammatische Störungstheorie, die Korrelationsfunktionen des elektromagnetischen Feldes und des Atomsystems benutzt. Der Formalismus wird anschließend verwendet, um für in Fallen nahe einer Oberfläche gehaltene BECs Atom-Oberflächen-Wechselwirkungen vom Casimir-Polder-Typ und die bosonische Stimulation des spontanen Zerfalls angeregter Atome zu untersuchen. Außerdem untersuchen wir einen phononischen Casimir-Effekt, der durch die quantenmechanischen Fluktuationen in einem wechselwirkenden BEC entsteht.
KW  - Hohlraum-Quantenelektrodynamik
KW  - Bose-Einstein-Kondensation
KW  - Casimir-Polder-Interaktion
KW  - Vakuumschwankungen
KW  - van der Waals-Kräfte
KW  - cavity quantum electrodynamics
KW  - Bose-Einstein condensation
KW  - Casimir-Polder interaction
KW  - vacuum fluctuations
KW  - van der Waals forces
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-54171
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schiefele, Jürgen
A1  - Henkel, Carsten
T1  - Casimir energy of a BEC : from moderate interactions to the ideal gas
N2  - Considering the Casimir effect due to phononic excitations of a weakly interacting dilute Bose-Einstein condensate ( BEC), we derive a renormalized expression for the zero-temperature Casimir energy E-C of a BEC confined to a parallel plate geometry with periodic boundary conditions. Our expression is formally equivalent to the free energy of a bosonic field at finite temperature, with a nontrivial density of modes that we compute analytically. As a function of the interaction strength, E-C smoothly describes the transition from the weakly interacting Bogoliubov regime to the non- interacting ideal BEC. For the weakly interacting case, E-C reduces to leading order to the Casimir energy due to zero- point fluctuations of massless phonon modes. In the limit of an ideal Bose gas, our result correctly describes the Casimir energy going to zero.
Y1  - 2009
UR  - http://iopscience.iop.org/1751-8121/
U6  - https://doi.org/10.1088/1751-8113/42/4/045401
SN  - 1751-8113
ER  -