Arbeitsgruppen in QUANTUM Experimente: K. Wendt W. Heil P ...

Arbeitsgruppen in QUANTUM
Experimente: Theorie:
K. Wendt NN (6/2011)
W. Heil
P. Blümler
J. Walz
F. Schmidt-Kaler
40
Ca +

Qubit Übergang mit Kalzium Ionen in der Mikrofalle
-1/2
397
+1/2
2
P 1/2
-1/2
2
D 5/2
Qubit Übergang
729nm
2
S 1/2
Lange Kohärenzzeit durch hohe
Frequenzstabilität des Lasers
40
Ca +

Aufbau einer hochgenauen Stabilisierung der
Temperatur für einen optischen Referenzresonator
Optische Fabri-Perrot Resonatoren werden für die
Hochpräzionsspektroskopie und für Quanteninformationsverarbeitung
benötigt. Dafür werden sie in unserem Labor eingesetzt
Um eine Frequenzstabilität von dn/n ~10 -15 zu erreichen muss der
Aufbau mechanisch sehr stabil sein aber auch Materialien mit geringem
Wäremausdehnungskoeffizienten benutzt werden. Zusätzlich ist einen
hochgenaue Stabilisierung der Temperatur nötig, was die Aufgabe in
dieser Arbeit darstellt. Der Student baut zunächst eine Temperatur-
Stabilisierungselektronik auf und testet das Regel-Verhalten.
Forschungsthemen der AG Schmidt-Kaler:
www.quantenbit.de
F. Schmidt-Kaler
www.quantenbit.de

Aufbau einer hochgenauen Stabilisierung der
Temperatur für einen optischen Referenzresonator
Arbeitsplan:
• PI Regler Elektronik aufbauen
• Temperatursensoren an Ultra-Hoch-Vakuum Rezipienten anbringen
• Regelverhalten messen und einstellen
• Implementierung am
Hoch Finesse Resonator
im Labor
• Konstruktion eines Halters
für einen zweiten
Ultra-Hoch-Vakuum
Rezipienten für einen
zweiten Referenzresonator
Ref:
Appl Phys B (2010) 99: 41
J. Opt. Soc. Am. B/Vol. 27, No. 5 (2010)
http://heart-c704.uibk.ac.at/publications/diploma/diplom_kirchmair.pdf Abb 3.5 ff

Aufbau eines MRI-Probenkopfes
für das F-Praktikum
P. Blümler
QUANTUM
Arbeitsplan:
• Entwurf Gehäuse
• Berechnung, Simulation und Bau
des Schwingkreises
• Berechnung der Gradientenspulen
• Testmessungen
Referenzen:
Vegh et al: The Design of Planar Gradient Coils, Concepts of Magnetic Resonance 2005

Aufbau eines EPR-Versuchs
für das F-Praktikum
Arbeitsplan:
• Aufbau des Versuchs
(im Wesentlichen vorhanden)
• erste Experimente
• Konzeption anspruchsvollerer
Messungen nach Vorlagen
Referenzen:
G. R. Eaton, S. S. Eaton, Dave Barr, and Ralph Weber: Quantitative EPR: A Practitioners
Guide , Springer 2010

Untersuchung des Ultrahochvakuums bei aSPECT
Mit dem supraleitenden Spektrometer aSPECT wird das
Protonenspektrum aus dem Zerfall freier Neutronen präzise vermessen.
Das Ziel ist die Untersuchung des V-A Modelles der schwachen Wechselwirkung.
Bei aSPECT ist es wichtig, das bestmögliche Vakuum
im gesamten Spektrometerbereich zu errreichen.
Bei dieser Arbeit soll das Verständnis des Vakuums im
Spektrometer über Rechnungen basierend auf den
Saugleistungen der Pumpen und den auf der Geometrie
des Aufbaus basierenden Leitwerten berechnet werden.
Diese Rechnungen werden mit experimentellen Arbeiten
bei der Verbesserungen des Vakuumsystems ergänzt.
Arbeitsplan
Rechnungen:
Experimentell:
- Bestimmung der Geometrie
- Berechnung der Leitwerte
der verschiedenen Komponenten
- Gasflussrechungen für unterschiedliche Annahmen
- Aufbau der inneren Getterpumpen
- Aufbau der neuen Kollimations- und Pumpkammer
AG W. Heil:
http://www.quantum.physik.uni-mainz.de/AGHeil/neutrons/index.html
W. Heil
QUANTUM

Bachelorarbeit in der Experimentalphysik
3
He/ 129 Xe Uhrenvergleichsexperimente
exp
-
t
*
T 2
Hyperpolarisiertes 3 He spielt in der physikalischen Grundlagenforschung bereits seit über 40 Jahren
eine wichtige Rolle, unter anderem auch in der ultrasensitiven Magnetometrie. In unserer Arbeitsgruppe
wurde in der Zusammenarbeit mit der Physikalisch- Technischen Bundesanstalt Berlin ein
Experiment entwickelt, welches einen Test der Lorentzinvarianz darstellt. Es handelt sich um ein
Uhrenvergleichsexperiment, bei dem die Larmor-Präzessionsfrequenz eines Spinsystems in einem
äußeren Magnetfeld als Taktgeber dient. Man überprüft, ob die Larmorfrequenz von der Orientierung
der Quantisierungsachse der Spins unabhängig ist, oder sich mit der Drehung der Erde im Laufe eines
Tages ändert.
Kontaktpersonen:
Prof. Dr. Werner Heil , Zi. 02-627, Tel.: 39-22885
E-mail: wheil@uni-mainz.de
Dr. Sergei Karpuk, Zi. 02-621, Tel.: 39-25982
E-mail: karpuk@uni-mainz.de
Dipl.-Phys. Kathlynne Tullney, Zi. 02-631, Tel.: 39-23318
E-mail: tullnek@uni-mainz.de
Aufgaben:
• Präparation und Charakterisierung von Glaszellen, die
in den Experimenten eingesetzt werden
(Oberflächenbeschichtung, Entgaussung, …)
• Messung der T1-Relaxation mittels NMR-Methoden
• Optisches Pumpen von 3He und 129Xe

Bachelorarbeit in der Experimentalphysik
Tätigkeitsfeld: Optisches Pumpen von 3He-Gas an einer kompakten Polarisationsanlage
Hyperpolarisiertes 3 He-Gas spielt seit über 40 Jahren in der
physikalischen Grundlagenforschung eine wichtige Rolle, z.B. bei
der Messung des elektrischen Formfaktors des Neutrons, der
Verwendung des hyperpolarisierten 3 He als Neutronspinfilter oder
in der ultrasensitiven Magnetometrie. Seit 1994 ist bekannt, dass
die hochpolarisierte Edelgase ( 3 He, 129 Xe) als „Kontrastgase“ in
der Magnetresonanztomographie der Lunge verwendet werden
können. Die Kernspintomographie mit hyperpolarisiertem 3 He-Gas
öffnet gänzlich neue Perspektiven im Rahmen der medizinischen
Lungenbildgebung. Dabei ist die in unserer Arbeitsgruppe
entwickelte Anlage die derzeit leistungsfähigste und zuverlässigste
Quelle von polarisiertem 3 He-Gas. Der Bau einer neuen kompakten
Produktionsanlage bietet große Vorteile durch die unmittelbare
Verfügbarkeit des spinpolarisierten Gases vor Ort.
Aufgaben:
• Charakterisierung der Strahlführung durch die optischen
Pumpzellen
• Polarisationsanalyse des Laserlichtes
• Absorptionscharakteristik
• Optimierung der Pumpeffizienz
Kontaktpersonen:
Prof. Dr. Werner Heil , Zi. 02-627, Tel.: 39-22885
Email: wheil@uni-mainz.de
Dr. Sergei Karpuk, Zi. 02-621, Tel.: 39-25982
Email: karpuk@uni-mainz.de
Dipl.-Phys. Christian Mrozik, Zi. 02-631, Tel.: 39-23318
Email: Christian.Mrozik@uni-mainz.de