Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

80 Kapitel 7. Die Lebensdauer des 3D 5/2 bergangs in 40 Ca +
gerechtfertigt. Daher sollte als extrapolierter Wert das gleiche Resultat erhalten werden wie
bei einem Fehlen dieser spektralen Komponente. Der so erhaltene Wert von Barton et al. von
1168(7)ms weist aber eine kleine Diskrepanz zu dem hier erhaltenen Wert von 1100(18)ms auf.
Auf der Suche nach einem bislang unbemerkten Streffekt eventuell eine resonante Anregung
des 4P 3/2 − 3D 5/2 -bergangs durch eine breitbandige thermische Strahlungsquelle in Frage,
die eine gengend hohe spektrale Energiedichte bei der Wellenlnge dieses bergangs aufweist.
Fr die thermische Hintergrundsstrahlung eines Raumtemperaturresonators errechnet sich eine
bergangsrate von ca. 10 −18 . Sie kommt daher als Ursache nicht in Frage. Ein glhender Draht
hingegen, wie er beispielsweise bei der Druckmessung in der Vakuumkammer vorkommt, oder
eine Glhlampe, die ber das seitliche Fenster in die Apparatur scheinen kann, wre unter Umstnden
in der Lage, die entsprechende bergangsrate zu bewirken. Die bergangsrate durch einen
thermischen Strahler kann man berechnen gem:
R 12 = 2J 2 + 1
2J 1 + 1 A 21e −ω 21/kT
(7.7)
Da ein solcher Strahler in alle Raumrichtungen abstrahlt, mu man noch einen Geometriefaktor
einfhren. Eine Abschtzung fr eine Temperatur von T=1700K liefert eine Rate von ca. 5 × 10 −3 .
Endgltige Klrung kann auch hier erst eine neue, verbesserte Messung bringen. Dabei sind zustzliche
Verbesserungen der Stabilitt des Lasersystems gegen Frequenzdrifts und ein besseres Vakuum
durch eine neue Pumpe vorgesehen.
Man kann zusammenfassend festhalten, da ein prziser Wert fr die Lebensdauer des metastabilen
Niveaus erhalten wurde, dessen Abweichung von frheren Resultaten durch den Einflu des
Rckpumpers erklrt werden kann. Dieser Einflu sollte bei lasergekhlten Ionenwolken weniger
stark ins Gewicht fallen als bei einzelnen Ionen, da dort die Ionen wegen grerer Bewegungsamplituden
eine niedrigere, mittlere Intensitt sehen. Der Wert zeigt eine gute bereinstimmung zum
Theoriewert von Liaw.
7.6 Fehlerquellen
Es gibt eine Reihe von Effekten, die zu einer Verkrzung der gemessenen Lebensdauer fhren.
Von den mglichen Fehlerquellen mu man sich - egal nach welcher Methode man die Messung
durchgefhrt hat - vor allem den Sten mit Restgasatomen widmen. Das Ion kann auch durch
solche Ste in den Grundzustand zurckkehren, was man als Quenchen bezeichnet. Ist die Quenchrate
in der Gre des statistischen Fehlers oder grer, so sind im allgemeinen mehrere Mereihen
bei unterschiedlichen Drcken fr die relevanten Gase erforderlich, um die korrekte Lebensdauer
zu erhalten. Dann kann man nmlich mit Hilfe einer Extrapolation auf Druck Null den korrekten
Wert fr die Lebensdauer erhalten. In unserem Fall betrgt der Druck in der Fallenkammer
10 −10 mbar. Der Partialdruck des dominanten Gases Wasserstoff, das einen hohen Wirkungsquerschnitt
fr Quenchen hat, betrgt ca. 5 × 10 −10 mbar. Die Quenchrate Γ kann gem
Γ = ∑
i=q,m
Σ i v
k B T
mit den gemessenen Werten fr den Wirkungsquerschnitt berechnet werden. Es ergibt sich eine
Rate von 1ms −1 . Bei der aktuellen Genauigkeit von ca. 1,5% spielt das Quenchen also keine
Rolle. Soll die Genauigkeit wesentlich besser als 1% werden, so mu das Vakuum besser als
10 −10 mbar werden, um Quenchen weiterhin vernachlssigen zu knnen. Dazu wird die Apparatur
mit einer Titan-Sublimationspumpe ergnzt, so da der Druck gegenber dem jetzigen Stand
(7.8)