Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

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4 Inhaltsverzeichnis 6.4 Separation atomarer Zustnde in einem Ionenkristall . . . . . . . . . . . . . . . 63 7 Die Lebensdauer des 3D 5/2 bergangs in 40 Ca + 67 7.1 Die Lebensdauer atomarer Niveaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 7.2 Methoden zur Bestimmung von Lebensdauern atomarer Niveaus . . . . . . . . 70 7.2.1 Zeitaufgelste Beobachtung der Fluoreszenz beim Zerfall . . . . . . . . 70 7.2.2 Bestimmung der Lebensdauer aus der Beobachtung von Quantensprngen 71 7.3 Die Lebensdauer des 3D 5/2 Zustandes von Ca + . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 7.4 Messungen und Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 7.4.1 Messung an einer lasergekhlten Ionenwolke . . . . . . . . . . . . . . . 74 7.5 Messung an einem Ion - Der Meablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 7.6 Fehlerquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 7.7 Verkrzung der Lebensdauer in Ionenketten - Kooperative Effekte? . . . . . . . 82 8 Zusammenfassung und Ausblick 91
Kapitel 1 Einleitung ”Wenn die Quantenphysik recht hat, ist die Welt verrckt”(Albert Einstein) Nach heutigem Stand in der Physik mu die Welt wohl verrckt sein. Die Quantenmechanik - so sehr sie auch manchmal der alltglichen Anschauung und unserer klassischen Vorstellung wiedersprechen mag - ist in einer Vielzahl von Experimenten bislang doch immer besttigt worden. Darber hinaus hat die Quantenelektrodynamik, obwohl sie meist keine geschlossenen, analytischen Ergebnisse liefert, zu einer unbertroffenen bereinstimmung zwischen theoretischer Vorhersage und Experiment gefhrt. Da die meisten Quanteneffekte fr mikroskopische Objekte wesentlich deutlicher zu Tage treten als fr die in unserem Alltag vorkommenden makroskopischen Objekte, ist es von besonderem Interesse, mit einzelnen Teilchen zu experimentieren und in verschiedenen Energiebereichen die Gltigkeit der Theorien zu berprfen. Ein besonderer Reiz ist damit verbunden, wenn man frhere Gedankenexperimente aus der Quantenmechanik experimentell realisieren knnte. Die Mglichkeit der Speicherung von Teilchen mit Hilfe von elektromagnetischen Feldern in Paul- und Penningfallen hat ein mchtiges Werkzeug dafr geliefert. Die Technik der Laserkhlung ist dabei das zweite wichtige Hilfsmittel. Die Verbindung beider Techniken hat einen Durchbruch fr experimentelle Tests der Quantenmechanik und weitreichende Fortschritte in der Atomphysik ermglicht. Man kann so heutzutage sogar einzelne Teilchen in Ruhe fr Experimente prparieren. Die von Wolfgang Paul Ende der 1950er Jahre basierend auf dem Massenfilter [150] entwickelte Paulfalle [149] dient heute in vielen Gebieten - auch auerhalb der Atomphysik - als Speicher fr Teilchen. Zusammen mit der Laserkhlung, die u.a. von Dehmelt und Wineland [199] 1975 vorgeschlagen wurde, ergab sich zum ersten mal die Mglichkeit ein einzelnes Ion zu speichern und optisch zu detektieren. Dieser bemerkenswerte Schritt gelang erstmals 1980 als Neuhauser, Toschek und Dehmelt [145] ein einzelnes, lasergekhltes Ba + -Ion in einer hyperbolischen Paulfalle fotografierten. Seitdem sind viele Experimente mit einzelnen Teilchen durchgefhrt worden. Das Zusammenspiel aus Laserkhlung und Speichertechnik in Paul- und Penningfallen fr geladene Teilchen hat sich zu einem wichtigen Werkzeug in der Przisionsspektroskopie entwickelt. Die Beispiele fr dessen Leistungsfhigkeit sind sehr vielfltig. Anfang der 1980er Jahre kam - basierend auf einem Vorschlag von Dehmelt [58] - die Idee eines Frequenzstandards mit einzelnen, gespeicherten Ionen in den Mittelpunkt des Interesses. Es gibt eine Reihe von Ionen, die geeignete bergnge im optischen und Mikrowellenfrequenzbereich besitzen, und so wurde weltweit eine Reihe von Experimenten gestartet. Da die Realisierung und der Betrieb eines Frequenzstandards eine aufwendige Sache ist, werden sie typischerweise an nationalen Organisationen fr Standards betrieben. So gibt es am National Institute for Standards and Technology (NIST) in Boulder einen Frequenzstandard mit 199 Hg + -Ionen, dessen Genau- 5
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Seite 11 und 12: 2.1. Eigenschaften 11 Autor τ(4P 1
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Seite 15 und 16: 3.1. Die Grundlagen einer idealen,
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Seite 19 und 20: 3.2. Reale Falle und nichtlineare R
Seite 21 und 22: 3.3. Quantisierung, Dicke Kriterium
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Seite 25 und 26: 4.1. Methoden zur Laserkhlung gespe
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Seite 37 und 38: 5.2. Die lineare Paulfalle 37 monti
Seite 39 und 40: 5.3. Die Ionenerzeugung 39 Beschu m
Seite 41 und 42: 5.4. Das Lasersystem 41 Abbildung 5
Seite 43 und 44: 5.5. Frequenzstabilisierung der Las
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Seite 53 und 54: 5.8. Der optische Nachweis 53 etwa
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5.8. Der optische Nachweis 55 Falle
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Kapitel 6 Detektion und Prparation
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6.2. Ionenkristalle 59 keine verbor
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6.3. Kompensation der Mikrobewegung
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6.4. Separation atomarer Zustnde in
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Kapitel 7 Die Lebensdauer des 3D 5/
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7.1. Die Lebensdauer atomarer Nivea
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7.3. Die Lebensdauer des 3D 5/2 Zus
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7.5. Messung an einem Ion - Der Mea
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7.6. Fehlerquellen 81 nochmals um e
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7.7. Verkrzung der Lebensdauer in I
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Kapitel 8 Zusammenfassung und Ausbl
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werden. Man kann darber hinaus natr
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Literaturverzeichnis [1] U. Albrech
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Literaturverzeichnis 97 [43] T. Bra
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Literaturverzeichnis 99 [90] R. N.
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Literaturverzeichnis 101 [138] G. M
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Literaturverzeichnis 103 [183] C. T
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