Wie funktioniert eine Paulfalle
Wie funktioniert eine Paulfalle
Wie funktioniert eine Paulfalle
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<strong>Paulfalle</strong> als Schulexperiment
Gliederung<br />
• Grundlegendes zur <strong>Paulfalle</strong><br />
• <strong>Paulfalle</strong> als Thema im Unterricht<br />
• Vorstellung <strong>eine</strong>r Unterrichtseinheit<br />
• Zusammenfassung und Reflexion
Nobelpreisverleihung
Was ist <strong>eine</strong> <strong>Paulfalle</strong> ?<br />
Teilchenkäfig<br />
Geladene Teilchen können durch<br />
elektromagnetische Felder<br />
eingeschlossen werden.<br />
Realisierung:<br />
1.) Kombination <strong>eine</strong>s statischen elektrischen Feldes mit<br />
<strong>eine</strong>m Magnetfeld Penningfalle<br />
2.) Aufbau <strong>eine</strong>s zeitabhängigen inhomogenen elektrischen Feldes<br />
<strong>Paulfalle</strong>
Was macht man mit <strong>eine</strong>r Falle ?<br />
Einzelne Teilchen können isoliert und lange untersucht werden.<br />
Atomphysik<br />
Spektroskopie, Lebensdauermessungen<br />
Quantenphysik (Quantenoptik)<br />
Untersuchung der Wechselwirkung einzelner Teilchen mit <strong>eine</strong>m Strahlungsfeld<br />
Chemie<br />
Reaktionskinetik, Untersuchung der Bildung von Molekülen<br />
Weitere Anwendungen:<br />
Umweltphysik<br />
Frequenznormal<br />
Quantencomputer
<strong>Wie</strong> <strong>funktioniert</strong> <strong>eine</strong> <strong>Paulfalle</strong> ?<br />
Speicherung: Bindung an <strong>eine</strong>n Symmetriepunkt<br />
Für alle Orte außerhalb des Symmetriepunktes:<br />
F -r<br />
Erzeugung <strong>eine</strong>s entsprechenden Feldes durch ein Quadrupolpotenzial<br />
f (x,y,z,t) = f 0 / r 02 (ax 2 +by 2 +gz 2 )<br />
mit<br />
Df (x,y,z,t) = 0
<strong>Paulfalle</strong>ngeometrien<br />
Lineare <strong>Paulfalle</strong><br />
Punktsymmetrische <strong>Paulfalle</strong>
<strong>Paulfalle</strong>ngeometrien I
Aufbau des Experiments<br />
Linse<br />
Laser<br />
U~<br />
Transformator<br />
Windungsverhältniss<br />
250 : 23000
<strong>Paulfalle</strong>ngeometrie II
Feld in der <strong>Paulfalle</strong><br />
z<br />
r
Sattelpotenzial in <strong>eine</strong>r <strong>Paulfalle</strong>
Speicherprinzip<br />
Speicherparameter der Falle: Frequenz und Amplitude<br />
Abstimmung auf Masse und Ladung des Teilchens<br />
Je größer das Verhältnis von Q/M desto größer muß die Frequenz sein<br />
und desto kl<strong>eine</strong>r die angelegte Wechselspannung<br />
Q/M w 2<br />
Q/M U -1
Bewegung in der <strong>Paulfalle</strong><br />
Beobachtung<br />
Theorie<br />
Teilchen in der Falle<br />
sind als Striche zu sehen<br />
Teilchen schwingt mit der Frequenz des<br />
angelegten Wechselfeldes: Microbewegung<br />
Es gibt <strong>eine</strong> Kraft in<br />
Richtung Fallenzentrum<br />
Elektrisches Feld ist inhomogen<br />
Kraft in Richtung des<br />
abnehmenden Feldes<br />
(Fallenzentrum)<br />
Teilchen schwingt um<br />
das Fallenzentrum: Macrobewegung<br />
(aber starke Dämpfung der Macrobewegung)
Q/M-Bestimmung<br />
Linse<br />
Laser<br />
U~<br />
Transformator
Ionen in <strong>eine</strong>r <strong>Paulfalle</strong>