forschen 1/2009 - Forschungscluster «Nuclear and Radiation Science

Wissenschaftsmagazin der TU Darmstadt | Frühjahr 2009
Hintergrund: In der magneto-optischen Falle
Der Strahlungsdruck von Licht lässt sich makroskopisch
beobachten: der Kometenschweif weist stets von der
Sonne weg. In der atomaren Welt kann mittels dieses
Strahlungsdrucks ein Atom zum Stillstand gebracht
werden. Ein Atom, das sich auf einen Laserstrahl zubewegt
(siehe Bild a), kann eines der Lichtteilchen absorbieren,
d.h. die Energie des Lichtteilchens wird auf das Atom
übertragen und erhöht dessen innere Energie (siehe Bild b).
Der Impulsübertrag des Photons auf das Atom führt zu
einer Verlangsamung. Die anschließende Abgabe der
Energie (Emission) führt zu einem Lichtteilchen
geringerer Energie, das in eine beliebige Richtung
ausgesendet wird (siehe Bild c). Wird dieser Zyklus sehr oft
durchgeführt, heben sich die Effekte der Emissionsprozesse
auf, während sich die Absorptionsprozesse alle addieren.
Das Atom wird abgebremst. Das Einstrahlen von sechs Laserstrahlen bei
gleichzeitiger Überlagerung mit einem Magnetfeld erzeugt nicht nur eine
abbremsende Kraft in alle Richtungen, sondern auch ein räumliche Kraft, die stets auf
einen Punkt gerichtet ist. Atome werden in der sogenannten magneto-optischen Falle abgekühlt
und gefangen. Dies ist der Ausgangspunkt für alle in diesem Artikel beschriebenen Projekte.
len bei etlichen dieser Verfahren wiederum eine
entscheidende Rolle. Der Zusammenschluss der
hier beschriebenen Arbeitsschwerpunkte aus der
Physik mit anwendungsorientierten Entwicklungen
aus anderen Naturwissenschaften, der Informatik
und den Ingenieurwissenschaften wird im Forschungsfeld
,QUANTUM‘ – Quantenphysik und
Quantentechnologie an der TU Darmstadt gebündelt.
Auch hier gilt: Interdisziplinarität und Zusammenarbeit
mit außeruniversitären Partner im
In- und Ausland ist ein Kernelement der Forschung
an der TU Darmstadt.
Gerhard Birkl ist Professor für Experimentalphysik
und Geschäftsführender Direktor des Instituts für
Angewandte Physik. Er forscht an Quantengasen und
an der Präzisionsspektroskopie von Ionen.
Thomas Walther ist seit 2002 Professor für Experimentalphysik
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am Institut für Angewandte Physik. Seine Forschungsinteressen
sind kalte Atome, Quantenkryptografie, Laserentwicklung sowie
Laserspektroskopie und deren Anwendungen.
Abbildung 4
Ein Bose-Einstein-Kondensat gibt sich zu
erkennen: in Falschfarbendarstellung werden
ultrakalte Wolken von Atomen zu
unterschiedlichen Zeiten beobachtet.
Aus der Ausdehnung kann die Temperatur
bestimmt werden – hier weniger als ein
Millionstel Kelvin über dem absoluten
Nullpunkt. Die Änderung der Asymmetrie der
Atomverteilung (erst vertikal elongiert,
später horizontal) ist der eindeutige Nachweis
für das Bose-Einstein-Kondensat.