Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

10 Kapitel 2. Das Element Calcium
Abbildung 2.1. Auszug aus dem Termschema von 40 Ca +
trotz seiner 19 Elektronen fr theoretische Rechnungen behandelbar. Man kann daher Wellenfunktionen
und somit Megren wie Lebensdauern und g-Faktoren mit moderatem Aufwand berechnen.
Ein Auszug aus dem Niveausystem von 40 Ca + , einem Isotop mit Kernspin Null, ist in
Abb.2.1 dargestellt. Dort sind alle fr diese Arbeit relevanten Niveaus und bergnge gezeigt. Die
angegebenen bergangswellenlngen verstehen sich fr Vakuum. Der Grundzustand ist der 4S 1/2 -
Zustand. Die 4P- und 3D-Niveaus zeigen aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung eine Feinstrukturaufspaltung
in Dubletts. Wie fr alle Erdalkali-Ionen - auer Be + und Mg + - typisch liegen die
D-Niveaus zur Hauptquantenzahl 3 zwischen den S- und P-Niveaus zur Hauptquantenzahl 4.
Sie knnen nur ber elektrische Quadrupolstrahlung in den Grundzustand zerfallen. Deshalb sind
sie metastabil mit Lebensdauern um 1 Sekunde. Eine ausfhrlichere Diskussion dieser Niveaus
findet sich in Kapitel 7, wo die Messung der Lebensdauer des 3D 5/2 Niveaus vorgestellt wird.
Die Lebensdauern der 4P-Niveaus liegen im Bereich von 7ns, genaue Werte finden sich in Tabelle
2.4. Sie knnen ber starke elektrische Dipolbergnge in den Grundzustand zerfallen. Diese
bergnge sind sehr gut zum Nachweis der Fluoreszenz der Ionen und zum Laserkhlen geeignet.
Das innere, lambdafmige System ist geschlossen, d.h. mit einem Laser zum Zurckpumpen aus
dem 3D 3/2 Niveau kann man kontinuierlich Fluoreszenz beobachten. Ein Zerfall in den 3D-
Zustand findet aus dem 4P-Niveau mit etwa 1:15 statt. Die Verzweigungsverhltnisse sowie die
Lebensdauern sind in Tab. 2.3 und Tab. 2.4 zusammengestellt. Ein technischer Vorteil des Cal-
Autor
4P 1/2 →4S 1/2 4P 3/2 →4S 1/2 4P 3/2 →4S 1/2
4P 1/2 →3D 3/2 4P 3/2 →3D 3/2 4P 3/2 →3D 5/2
Guet [95] 15,42 149,41 16,86
Vaeck [189] 13,84 133,9 15,1
Brage [43] 14,58 141,9 16,0
Liaw [127] 14,77 144,1 16,1
Liaw [127] 16,99 157,4 19,0
Tabelle 2.3. Theoretische Werte fr die Verzweigungsverhltnisse der 4P-Niveaus in 40 Ca +
ciums, der die groe Beliebtheit dieses Ions erklrt, besteht darin, da alle vorkommenden bergnge
mit kommerziellen Lasern realisiert werden knnen. Seit ca. 2 Jahren knnen sogar ausschlielich
Diodenlaser benutzt werden - ohne da noch auf die Technik der Frequenzverdopplung zurck-