alternating gradient - abbremsung von benzonitril - CFEL at DESY

2 Einleitung
tersuchten Teilchen erhöhen. Die Herstellung kalter, langsamer Moleküle bietet da-
her herausragende Vorteile für die Untersuchung fundamentaler physikalischer Zu-
sammenhänge. Anwendungen wie die hochpräzisen Messungen des elektrischen
Dipolmoments des Elektrons [4, 5] und die Untersuchung einer Paritätsverletzung
in chiralen Molekülen [6–8] ermöglichen es, entsprechende Vorhersagen der Quan-
tenelektrodynamik, des Standardmodells und verschiedener Parametrisierungen der
Stringtheorie experimentell zu überprüfen. Hochauflösende Spektroskopie wurde
an kaltem, abgebremstem 15 ND3 [9] und OH [10] durchgeführt. In gegenwärtigen
Experimenten an OH [10] werden Nachweise für die zeitliche Veränderung der
Hyperfeinstrukturkonstante [11] gesucht. Substanziell neue Erkenntnisse über die
Wellennatur großer Objekte [12] können sich aus der Herstellung von Bose-Ein-
stein-Kondensaten ergeben [13–15], welche erstmals 1995 mit Atomen [16, 17] und
2003 mit Alkali-Dimeren [18, 19] realisiert wurde. In aktuellen Experimenten wer-
den Versuche zur Herstellung eines Bose-Einstein-Kondensats aus heteroatomaren
Molekülen unternommen [20, 21]. Auch im Bereich der ultrakalten Chemie eröffnen
kalte Moleküle eine Vielzahl spannender Anwendungen. So zeigen Reaktionen bei
Temperaturen nahe des absoluten Nullpunktes, welche sich beispielsweise durch
Kollision langsamer, kalter Molekularstrahlen untersuchen lassen [22], häufig un-
gewöhnliche Dynamik [23].
Die bei Atomen so erfolgreiche Technik der Laser-Kühlung [24–26] versagt bei Mo-
lekülen aufgrund der Tatsache, dass die Franck-Condon-Faktoren für vibronische
Übergänge stets signifikant kleiner als eins sind und daher kein geschlossener Kühl-
zyklus etabliert werden kann. Deswegen muss zur Herstellung von kalten Molekü-
len auf andere Methoden zurückgegriffen werden. Prinzipiell existieren zwei Ansät-
ze: Der erste besteht darin, Moleküle aus kalten Atomen, deren Kühlung bereits gut
beherrschbar ist, herzustellen. Die Assoziation der Atome zum Molekül lässt sich
entweder durch Photoassoziation unter Absorption eines Photons [27] oder durch
ein äußeres Feld erreichen, welches über eine Feshbach-Resonanz hinweg variiert
wird [28, 29]. Der Vorteil dieser Methoden liegt in der Erreichbarkeit großer Teil-
chendichten und sehr tiefer Temperaturen im µK-Bereich. Bisher sind diese Metho-
den jedoch im Wesentlichen auf Dimere und einige Trimere beschränkt. Der zwei-
te, unmitellbare Ansatz ist die direkte Kühlung von Molekülen. Bei der sogenann-
ten Puffergaskühlung (buffer gas cooling) werden warme Moleküle mit Helium als
Kühlmittel in Verbindung gebracht, so dass sie durch elastische Stöße ihre inne-
re Energie verlieren und bis auf etwa 1 − 0, 1 K abkühlen [30]. Langsame Molekü-
le können auch durch gezielte Geschwindigkeitsselektion aus einem thermischen,
langsamen Strahl herausgefiltert [31, 32]und eingefangen werden [33]. Die Molekü-
le verbleiben bei dieser Technik allerdings meist in hohen angeregten Zuständen, da