Methode zum Nachweis des Anregungszustandes von Atomen

Hans Bucka

Wilhelm Sch�tz

C. Degenhardt

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde ein optisches Calcium-Frequenznormal bei 657 nm erstmals mit ultrakalten Calcium-Atomen (12 µK) realisiert und die Übergangsfrequenz mit Hilfe eines Frequenzkamm-Generators mit der zur Zeit weltweit geringsten Unsicherheit von 1,2 • 10 -14 bestimmt.Bisher maßgebliche Beiträge zur Unsicherheit des Frequenznormals konnten reduziert werden.So konnte durch den Einsatz ultrakalter Atome der Einfluss des Doppler-Effekts auf 1 Hz verringert werden.Durch Verbesserungen der Lasersysteme und durch die Optimierung der Quenchkühlung wurden Ensemble-Dichten von bis zu 4 • 10 10 cm -3 erreicht.Dies ermöglichte es, in Kombination mit dem empfindlicheren Nachweis von Frequenzverschiebungen durch Verwendung eines zustandsselektiven Detektionsschemas, den Beitrag von Stößen zur Unsicherheit auf 0,06 Hz (1,3 • 10 -16 ) zu reduzieren.Eine weitergehende Untersuchung von Stößen mittels Photoassoziations-Spektroskopie erlaubte die Beschränkung der möglichen Werte für die Grundzustands-Streulänge auf das Intervall von 50 a 0 bis 300 a 0 .Erstmals wurden Frequenzverschiebungen durch den zeitlichen Verlauf der Laserphase in den zur Abfrage des Uhrenübergangs benutzten Laserpulsen quantitativ untersucht und korrigiert.Der zweite Teil der Arbeit enthält erste Untersuchungen zur Realisierung einer optischen Gitteruhr mit Calcium-Atomen, die das Potenzial zur Realisierung noch kleinerer Unsicherheiten bietet.Es wurde gezeigt, dass die zur Kühlung der Atome benutzte Methode der Quenchkühlung geeignet ist, die Atome im rein konservativen Potenzial einer optischen Dipolfalle zu akkumulieren.Durch Messungen der Frequenzverschiebung des Uhrenübergangs durch den dynamischen Stark-Effekt konnten die " magischen Wellenlängen" für die Interkombinationsübergänge zum 3 P 1 -Niveau und zum 3 P 0 -Niveau bestimmt werden.

Adolf G. Smekal

Welte, Joachim

Entwurf und Umsetzung eines Systems zum Einzelatomnachweis von Argon-39 Der Nachweis von 39Ar in natürlichen Wasserproben kann zur radiometrischen Altersbestimmung auf Zeitskalen von 50 bis 1000 Jahren vor heute verwendet werden. Diese experimentelle Forschungsarbeit stellt den Aufbau einer Atomstrahl- und Fallenapparatur vor, welche 39Ar-Atome mittels der laserkühlungsbasierten Methode “Atom Trap Trace Analysis” einfängt und nachweist. Auf diese Art könnten die bestehenden Beschränkungen des indirekten Nachweises über Zerfallsprodukte (“low-level counting”) bezüglich Probengröße und Messdauer aufgehoben werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Hyperfeinstrukturspektrum des Kühlübergangs 1s5-2p9 experimentell bestimmt. Desweiteren wurde ein optisch kollimierter, hochintensiver Strahl kalter metatabiler Argonatome erzeugt und der Nachweis einzelner 39Ar-Atome über Fluoreszenzmessung realisiert. Bislang wurden 39Ar-Zählraten von 1 Atom in ungefähr 4 Stunden für atmosphärisches Argon erreicht. Neueste Verbesserungen deuten außerdem darauf hin, dass Zählraten von 1 Atom/h möglich sind.

Hans Kerschbaum