Lichtfalle für Ionen
Zugang zu ultrakalten chemischen Prozessen.
Eine Paulfalle kann geladene Teilchen mittels elektrischer Wechselfelder fangen und tagelang speichern. Allerdings wird das Ion dabei ständig auf mikroskopisch kleinem Raum herumgewirbelt und damit stetig zusätzliche Bewegung erzwungen. Dieser oft unerwünschte Nebeneffekt führt zum Beispiel in aktuellen Experimenten mit ultrakalten Atomen dazu, dass die Ionen das eigentlich viel kältere Bad aus neutralen Atomen wie ein Tauchsieder heizen, anstatt gekühlt zu werden. Die Temperatur steigt dabei auf das Zehntausendfache an. Obwohl die Temperatur damit immer noch lediglich ein Tausendstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt liegt, bedeutet das für sensible Quanteneffekte bereits den Hitzetod.
Abb.: Um am Anfang eines Experiments die Ionen auf ein Tausendstel Kelvin zu kühlen, werden Laser verschiedener Wellenlängen verwendet. (Bild: J. Schmidt, U. Freiburg)
Hier kommt eine neue Methode ins Spiel, die Forscher der Uni Freiburg seit 2010 für ihre Zwecke weiterentwickeln: das optische Fangen von geladenen Atomen. Dazu wird ein sehr heller Laser genutzt, der das Ion in seinen Strahl festhält, ohne zusätzliche Bewegung zu erzwingen. Bislang war das optische Fangen von Ionen nur für wenige Millisekunden möglich. Jetzt gelang es dem Team jedoch, geladene Atome für ähnlich lange Zeiten wie neutrale Atome in vergleichbaren optischen Fallen zu fangen – mehrere Sekunden Lebensdauer übersteigen die benötigte Zeitdauer für Experimente um ein Vielfaches.
Außerdem zeigen die Forscher, dass sie die Ionen auch von der restlichen Außenwelt ausreichend isolieren können. Das Team erhofft sich, auf diese Art und Weise Zugang zu zehntausendfach niedrigeren Temperaturen und ultrakalten chemischen Prozessen zu erhalten, in denen Quanteneffekte die Wechselwirkung der Teilchen dominieren sollten.
ALU / RK
