Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

Kapitel 7
Die Lebensdauer des 3D 5/2 bergangs in
40 Ca +
In diesem Kapitel wird die Messung der Lebensdauer des metastabilen 3D 5/2 -Zustandes des
40 Ca + -Ions vorgestellt. Die Lebensdauer dieses Niveaus wurde an einem einzelnen Ion aus
der Beobachtung von Quantensprngen bestimmt. Abweichungen gegenber frheren Messungen
konnten durch eine Abhngigkeit der Lebensdauer von der Laserleistung des Rckpumplasers
erklrt werden. Die Lebensdauer wurde durch lineare Extrapolation auf Leistung Null zu
1100(18)ms bestimmt [34]. Der rein statistische Fehler betrgt ca. 1,5%. Eine weitere Verbesserung
der Genauigkeit durch eine bessere Statistik ist mglich, aber nicht notwendig, solange
keine verbesserten Theoriewerte vorliegen. Die erforderliche lngere Messzeit verlangt stabilere
Laser. Darber hinaus mu gewhrleistet bleiben, da systematische Fehler - durch verbesserte
Bedingungen wie besseres Vakuum - weiterhin gegenber dem statistischen Fehler vernachlssigt
werden knnen.
Bei den durchgefhrten Mereihen an linearen Ketten aus 10 Ionen wurde beobachtet, da die
Lebensdauer in manchen Messungen drastisch reduziert wird, obwohl keine Parameter gendert
wurden. Die Zahl koinzidenter Zerflle mehrerer Ionen war dabei hher als in den Fllen, in
denen das Resultat mit dem Ergebnis eines Ions vertrglich war. Eine Erhhung der Koinzidenzen
gegenber den zu erwartenden Werten fr zufllige Koinzidenzen unabhngiger Teilchen wurde
beobachtet, allerdings keine signifikante. Die Vermutung, da der beobachtete Effekt ein Hinweis
auf eine Wechselwirkung der Teilchen ist, konnte nicht besttigt werden. Eine Reihe von
Effekten, die eine Rolle spielen knnten, werden diskutiert.
7.1 Die Lebensdauer atomarer Niveaus
Die Information ber ein physikalisches System, z.B. ein Atom, ist in seiner Wellenfunktion
enthalten. Diese beschreibt den Zustand des Systems, ist jedoch selbst keine Observable. Ihr
Betragsquadrat gibt eine Wahrscheinlichkeit dafr an, das Quantensystem an einem Ort im entsprechenden
Zustand vorzufinden. Man kann die Gte von Wellenfunktionen anhand von Gren
bestimmen, die sich als Erwartungswerte von Operatoren ergeben, in deren Berechnung die entsprechenden
Wellenfunktionen eingehen. Die radiative Lebensdauer eines atomaren Zustandes
ist eine dieser Gren eines Atoms - neben bergangsenergien und g-Faktoren - die experimentell
gut zugnglich sind und eine berprfung der Qualitt von theoretisch ermittelten Wellenfunktionen
erlauben. Daher ist eine przise Messung ebenso wie eine genaue Berechnung solcher Gren
von Interesse in der Atomphysik. Dabei testet man mit verschiedenen Gren die Wellenfunktion
in unterschiedlichen Bereichen, aufgrund der unterschiedlichen Ortsabhngigkeit der jeweiligen
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