Bose-Einstein-Kondensation in magnetischen und optischen Fallen

4.4 Optische Fallen 47
Überführung von Atomen in Dunkelzustände lassen sich Temperaturen weit unter dem
Rückstoßlimit erreichen.
Gesamtenergie des Atoms
1/2
Abbildung 4.9: Durch die Verschiebung der Grundzustandsniveaus sinkt die potentielle Energie
der Atome durch Absorptions- und Emissionsprozesse, da die Energie des emittierten Photons
größer ist als die des absorbierten.
-1/2
4.4 Optische Fallen
Für das Einfangen neutraler Atome ist eine ortsabhängige Kraft nötig, für die Kühlung wird
hingegen ein geschwindigkeitsabhängiger Druck benutzt.
Mit den oben beschriebenen Methoden lassen sich daher zwar Atome kühlen, aber nicht
fangen. Der Einfluß der Gravitation läßt die Teilchen innerhalb etwa einer Sekunde aus dem
optischen Sirup entweichen, weshalb zusätzliche Mechanismen nötig sind, damit weitere
Experimente mit den kühlen Gasen durchgeführt werden können.
Die auf die Teilchen wirkende Kraft soll an einem bestimmten Punkt im Raum minimal
werden und an allen anderen Orten die Teilchen zum Minimum zurückdrängen.
Das Einfangen von Ionen mit elektromagnetischen Kräften wird seit längerem erfolgreich
durchgeführt (z.B. Penning-Falle, siehe Abschnitt 4.7.1). Neutrale Atome sind schwerer
zu handhaben, da auf sie keine Lorentz-Kraft wirkt, sie also unempfindlich gegen Einwirkungen
von Ladungen sind. Daher müssen die wirkenden Kräfte auf anderen Wechselwirkungen
beruhen. In der Regel handelt es sich dabei um Dipolmomente, die sehr schwach
sind, denn sie entstehen nur durch Fluktuaktion der Ladungsverteilung im Atom. Trotzdem
wurden auch verschiedene Fallentypen realisiert, die auf optischen, magnetischen und
elektrischen Feldern, sowohl in statischen, als auch dynamischen Konfigurationen bestanden.
Bereits in den fünfziger Jahren schlug Wolfgang Paul vor, neutrale Teilchen in einem inhomogenen
Magnetfeld einzufangen. Die erste Atomfalle wurde aber erst 1985 von Phillips