Kalte Atome im Handumdrehen
Ein kompaktes MOT-System ermöglicht ohne komplizierten Aufbau Experimente an kalten Atomen.
Kalte Atome stellen eines der wichtigsten aktuellen Forschungsgebiete der Physik dar. Sie spielen eine bedeutende Rolle beispielsweise in der Grundlagenforschung (Bose-Einstein-Kondensate1), entartete Fermi-Gase, Bose-Fermi-Mischungen), in der Quanteninformation sowie für Atomuhren oder Atominterferometer in der Metrologie.
Abb. 1 Dank der miniMOT™ können bereits Studenten mit kalten Atomen experimentieren. Durch den einfacheren Aufbau eignet sie sich besonders für das Physikalische Praktikum.
Kalte Atome lassen sich in einer magneto-optischen Falle (Magneto-Optical Trap, MOT) im Vakuum fangen und mit Lasern kühlen.2) Bisher war der Aufbau und Betrieb einer MOT sehr komplex und langwierig und damit erfahrenen Wissenschaftlern vorbehalten. Gefordert sind dabei Kenntnisse in Ultrahochvakuumtechnik, Atomquellen, Magnetfeldberechnung und Erzeugung, Optik und Polarisationsoptik, optischen Komponenten, durchstimmbaren Lasern, Laserspektroskopie und Regelelektronik. So besteht eine MOT aus einer speziell angefertigten Vakuumzelle mit optischen Fenstern, Vakuumpumpen, einem Dispenser, Spulen für Magnetfelder und Magnetfeldgradienten. Zudem sind mehrere Laser und eine Elektronik zur Laserstabilisierung nötig.
Seit kurzem ist ein kompaktes MOT-System „miniMOT™“ der Firma ColdQuanta in Boulder, Colorado, verfügbar. Dadurch ist es nun sehr viel einfacher geworden, kalte Atome zu erzeugen.
Experimente zur Laserkühlung und Speicherung von Atomen sowie die Untersuchung ihrer Eigenschaften können damit auch leicht im Rahmen eines Physikalischen Praktikums stattfinden (Abb. 1). Studenten lassen sich so schon früh an die Quantenoptik/Atomphysik heranführen und für eine Karriere in diesem wichtigen Forschungsbereich motivieren und gewinnen. Aber nicht nur in der Lehre findet die miniMOT™ Anwendung.
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