We have observed Bose-Einstein condensation of sodium atoms. The atoms were trapped in a novel trap that employed both magnetic and optical forces. Evaporative cooling increased the phase-space density by 6 orders of magnitude within seven seconds. Condensates contained up to 5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}${10}^{5}$ atoms at densities exceeding ${10}^{14}$ ${\mathrm{cm}}^{\ensuremath{-}3}$. The striking signature of Bose condensation was the sudden appearance of a bimodal velocity distribution below the critical temperature of \ensuremath{\sim}2\ensuremath{\mu}K. The distribution consisted of an isotropic thermal distribution and an elliptical core attributed to the expansion of a dense condensate.

Interference between two freely expanding Bose-Einstein condensates has been observed. Two condensates separated by ∼40 micrometers were created by evaporatively cooling sodium atoms in a double-well potential formed by magnetic and optical forces. High-contrast matter-wave interference fringes with a period of ∼15 micrometers were observed after switching off the potential and letting the condensates expand for 40 milliseconds and overlap. This demonstrates that Bose condensed atoms are “laser-like”; that is, they are coherent and show long-range correlations. These results have direct implications for the atom laser and the Josephson effect for atoms.

We have demonstrated an output coupler for Bose condensed atoms in a magnetic trap. Short pulses of rf radiation were used to create Bose condensates in a superposition of trapped and untrapped hyperfine states. The fraction of out-coupled atoms was adjusted between 0% and 100% by varying the amplitude of the rf radiation. This configuration produces output pulses of coherent atoms and can be regarded as a pulsed ``atom laser.''

Collective excitations of a dilute Bose condensate have been observed. These excitations are analogous to phonons in superfluid helium. Bose condensates were created by evaporatively cooling magnetically trapped sodium atoms. Excitations were induced by a modulation of the trapping potential, and detected as shape oscillations in the freely expanding condensates. The frequencies of the lowest modes agreed well with theoretical predictions based on mean-field theory. Before the onset of Bose-Einstein condensation, we observed sound waves in a dense ultracold gas.

We have studied dissipation in a Bose--Einstein condensed gas by moving a blue detuned laser beam through the condensate at different velocities. Strong heating was observed only above a critical velocity.

Bose-Einstein condensation of sodium atoms has been observed in a novel ``cloverleaf'' trap. This trap combines tight confinement with excellent optical access, using only dc electromagnets. Evaporative cooling in this trap produced condensates of $5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}$ atoms, a tenfold improvement over previous results. We measured the condensate fraction and the repulsive mean-field energy, finding agreement with theoretical predictions.

Sound propagation has been studied in a magnetically trapped dilute Bose-Einstein condensate. Localized excitations were induced by suddenly modifying the trapping potential using the optical dipole force of a focused laser beam. The resulting propagation of sound was observed using a novel technique, rapid sequencing of nondestructive phase-contrast images. The speed of sound was determined as a function of density and found to be consistent with Bogoliubov theory. This method may generally be used to observe high-lying modes and perhaps second sound.

The spatial observation of a Bose condensate is reported. Dispersive light scattering was used to observe the separation between the condensed and normal components of the Bose gas inside a magnetic trap. This technique is nondestructive, and about a hundred images of the same condensate can be taken. The width of the angular distribution of scattered light increased suddenly at the phase transition.