Über Atom-Interferometrie mit einem ruhenden Ion

Franck Pereira dos Santos

Sven Abend, Ernst Maria Rasel

Ultrakalte Gase ermöglichen es, inertiale Größen wie die Erdbeschleunigung mit hoher Genauigkeit zu messen. Hierbei wird der freie Fall der Atome im Gas relativ zum Laborsystem über die Interferenz von Materiewellen bestimmt. Kürzlich hat unsere Gruppe an der Universität Hannover ein neues Konzept für ein atomares Gravimeter entwickelt, das auf einem Atomchip basiert und eine besonders kompakte Realisierung des Atominterferometers innerhalb eines Würfels mit einer Kantenlänge von unter einem Zentimeter ermöglicht [1].

Steven Chu

Rolf Schumann, K. Elk

Abstract Im Zusammenhang mit Integralen über Lorentz‐verteilte stochastische Parameter in der Ein‐Zentren‐Streumatrix werden deren analytische Eigenschaften diskutiert. Dazu werden optische Theoreme für die Greenschen Einteilchenfunktionen in einem Zwei‐Band‐Modell hergeleitet.

Fujio Shimizu

Yaakov Y. Fein

Materiewelleninterferenz ist ein Beweis für eine kohärente Aufspaltung und Rekombination der Wellenfunktion eines Teilchens und bietet somit ein hervorragendes Testfeld zur Bestätigung der Quantenmechanik in neuen Regimen. Materiewelleninterferometer sind zudem äußerst empfindliche Messgeräte und haben beeindruckende Fortschritte bei der Messung von Schwerkraft, Schwerkraftgradienten, und Rotation sowie von Naturkonstanten erzielt. Diese Arbeit beschreibt den Aufbau und die ersten Ergebnisse eines neuen Materiewelleninterferometers, des Long-baseline Universal Matter-wave Interferometer (LUMI). LUMI basiert auf dem Nahfeld Talbot-Lau Effekt, der für Molekülinterferenzexperimente mehrere Vorteile bietet, darunter eine gute Skalierbarkeit für Teilchen mit hoher Masse, niedrige Kohärenzanforderungen und einen hohen Durchsatz. Das Interferometer enthält zwei nanofabrizierte materielle Gitter und ein zentrales Gitter, das in situ zwischen einem weiteren materiellen Gitter oder einem optischen Phasengitter ausgetauscht werden kann. Diese Modularität ermöglicht Experimente mit einer Vielzahl von Partikelspezies, von Atomen über komplexe Moleküle bis hin zu Metallclustern. Der Abstand zwischen jedem Gitter beträgt einen Meter, was Interferometrie in einem Regime höherer Masse als in früheren Experimenten ermöglicht. Die lange Basislinie erforderte die Entwicklung experimenteller Techniken, um die Dephasierungseffekte der Coriolis-Kraft und der Gittervibrationen zu kompensieren. In dieser Arbeit zeigen wir Interferenz mit hohem Kontrast von Makromolekülen über 25.000 atomare Masseneinheiten, die aus bis zu 2000 Atomen bestehen. Diese Experimente stellen einen neuen Rekord in der Überlagerungsmakroskopizität dar und setzen Grenzen für den Parameterraum möglicher Kollapsmodelle, die den Übergang vom Quanten- zum klassischen Regime beschreiben sollen. Die Universalität des Aufbaus, in Kombination mit seiner inhärent hohen Kraftempfindlichkeit macht LUMI zu einem hervorragend geeigneten Instrument zur Untersuchung zahlreicher atomarer und molekularer Eigenschaften. Informationen über die Materialeigenschaften werden in der Reaktion der Interferenzstreifen auf ein externes Feld codiert. Eine verbesserte Messung der statischen Polarisierbarkeit von Fullerenen sowie eine direkte Messung der diamagnetischen Suszeptibilität von isolierten Barium- und Strontiumatomen im Grundzustand werden demonstriert. Es werden auch Messungen der elektrischen Suszeptibilität von funktionalisierten Tripeptiden sowie die Implementierung eines magnetischen Gradienten zur Untersuchung von Atomen und Molekülen mit permanenten magnetischen Momenten beschrieben. Schließlich wird ein Ausblick auf das geplante Upgrade des LUMI-Experiments gegeben, das die Interferometrie von Massen über 100.000 Atommasseneinheiten ermöglicht.