Zum Bogenspektrum des Rubidiums

Hans Jürgen Kusch, Harald Schreiber, Karsten Wendt

Ella Sack

In der vorliegenden Arbeit wird das Spinrauschen an Rubidium mittels optischer Faradayrotation untersucht. Das Ziel ist der Übergang zum Einzelphotonenniveau, um eine möglichst störungsarme Bestimmung der Spinlebensdauer zu ermöglichen. Hierzu werden zunächst Messungen oberhalb des Einzelphotonenniveaus durchgeführt, um den Einfluss des Magnetfeldes und der Laserleistung auf das Spinrauschen zu analysieren. Die Messungen zeigen, wie erwartet, dass die Larmorfrequenz linear mit dem Magnetfeld zunimmt und die Signalstärke mit der sinkenden Laserleistung abnimmt. Vor dem Übergang zum Einzelphotonenniveau wird die Signalstärke durch eine stärkere Fokussierung des Lasers in der Probe erhöht. Das Einzelphotonenspinrauschen soll mithilfe von Korrelationsmessungen mit Lawinenphotodioden nachgewiesen werden, jedoch ist weder in der Autokorrelationsmessung noch in der Kreuzkorrelationsmessung ein Spinrauschsignal zu erkennen. Eine mögliche Ursache ist eine zu geringe Signalstärke, wodurch das Spinrauschsignal vom Hintergrundrauschen überlagert wird. Für die Messungen wird zusätzlich eine Simulation durchgeführt. Das Spinrauschen wird dabei als zufällige Bewegung auf der Bloch-Kugel mit einer Präzession aufgrund des Magnetfeldes modelliert. Dazu wird die Verteilung der Photonen auf den Detektoren simuliert und daraus die Korrelation bestimmt. In dieser Simulation ist es möglich, das Spinrauschsignal in der Korrelationsfunktion zu beobachten.

S. Datta, Himansu Sobhan Maitra

Christian Engel

Jay E. Sharping

Stefan Kuhr

Abstract Messungen an Lichtquanten zerstören diese normalerweise durch Absorption. Kürzlich gelang es einer Forschergruppe in Paris, ein einzelnes gespeichertes Photon mehrmals hintereinander zerstörungsfrei nachzuweisen. Sie verwendete dazu einen Resonator aus zwei supraleitenden Spiegeln, der ein Mikrowellenphoton 0,13 s lang speichern kann. Durch ihn schickten die Forscher Rubidium‐Atome im hoch angeregten Rydberg‐Zustand. Sie registrieren sehr empfindlich das elektrische Feld eines anwesenden Photons. Die Atome liefern so eine präzise Information über die Zahl der Photonen im Resonator, ohne diese zu zerstören. Mit dieser Methode gelang es erstmals, Quantensprünge des Lichtfeldes experimentell nachzuweisen. Zerstörungsfreie Quantenmessungen eignen sich auch zur Untersuchung exotischer Quantenzustände. Dazu zählen zum Beispiel Schrödinger‐Katzen‐Zustände.