Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

84 Kapitel 7. Die Lebensdauer des 3D 5/2 bergangs in 40 Ca +
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Zeit [s]
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Abbildung 7.9. Lebensdauermessung an einem linearen Kristall aus zehn Ionen. Die
Messung erfolgte analog zu der an einem Ion. Es wurden die Quantensprnge
aller Ionen bercksichtigt. Man versuchte durch geeignete Wahl der
Intensitt des Shelvinglasers dafr zu sorgen, da einige Ionen nicht in den
metastabilen Zustand gepumpt wurden. Dadurch stellt man sicher, da der
Kristall nicht schmilzt.
allerdings zu verschiedenen Zeiten und teilweise an verschiedenen Tagen statt. In Abb. 7.8 ist
der Wert der Zerfallsrate fr ein Ion mit Fehler dargestellt (rote Linien). Die Punkte mit Fehlerbalken
stellen die Messungen an zehn Ionen dar. Aufgetragen ist jeweils der statistische Fehler
(1σ). Man sieht, da die Ergebnisse fr zehn Ionen in einigen Fllen erwartungsgem mit dem Wert
fr ein Ion bereinstimmen, wobei sie aufgrund der besseren Statistik einen geringeren Fehler
aufweisen. Teilweise beobachtet man allerdings eine drastische Reduktion der Lebensdauer gegenber
dem Wert fr ein Ion. Eine genauere Betrachtung der Medaten zeigte Unerwartetes. Man
mu hierbei anmerken, da fr alle Messungen ein Bild mit den Ionenspuren vorliegt, von denen
viele in der Testphase der Auswertungssoftware auch in Handarbeit analysiert wurden. Bei
den Mereihen mit verkrzter Lebensdauer beobachtete man sehr hufig simultane Quantensprnge
mehrerer(verschiedener) Ionen. Auch fr unabhngige Teilchen ergeben sich natrlich zufllige
Koinzidenzen. Man mu also die Wahrscheinlichkeit zuflliger koinzidenter Zerflle fr zwei oder
drei Ionen berechnen und mit den experimentellen Resultaten vergleichen. Welche Grnde kann
das haben? Normalerweise lt sich die Beobachtung einer krzeren Lebensdauer auf Strungen
im Experiment zurckfhren. So knnen verschiedene Mechanismen wie z.B. Abregung des metastabilen
Niveaus durch Ste mit Restgasatomen fr eine solche Verkrzung sorgen. Die meisten
Strungen (siehe Kap. Fehlerquellen) sollten allerdings zeitunabhngig sein und damit in allen
Messreihen - insbesondere auch fr die an einem einzelnen Ion - existieren. Man mu die Frage
nach Strungen also przisieren. Welche Effekte knnen vorliegen, die sich nur auf Ionenketten,
nicht aber auf ein einzelnes Ion auswirken? Man knnte sich vielleicht vorstellen, da der Wirkungsquerschnitt
fr Ste mit Restgasatomen fr Ketten hher ist als fr einzelne Ionen. Aber selbst
dann, wenn man eine lineare Abhngigkeit unterstellt, sollte die Quenchrate sich nicht so dramatisch
ndern wie hier beobachtet. Worin knnen also die Unterschiede zwischen zehn Ionen
und einem Ion noch liegen? Mglicherweise ist die Verkrzung der Lebensdauer ein Indiz fr eine
Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Ionen in der Kette. Handelt es sich bei diesen
Beobachtungen nicht um technische Dreckeffekte, dann knnte es sich um kooperative Effekte
handeln. Es gibt einige theoretische Arbeiten zu diesem Thema. Beige et al. [20] betrachten
nungen bei allen Messungen mit Ketten gleich waren, aber teilweise niedriger als bei einem Ion. Auerdem knnen
die Korrekturspannungen leicht voneinander abweichen, da man nach jedem Erzeugen die Feinoptimierung fr die
Mikrobewegungskompensation korrigieren mu.