Laserspektroskopie : Grundlagen und Techniken

Werner Döring

Franz Schwabl

Roth Bernhard

Das Gebiet der kalten Molekule ist ein neues Gebiet der Quantenoptik, welches in den letzten Jahren immer mehr in den Mittelpunkt eines breiten interdisziplinaren Interesses geruckt ist. Nach den aufsehenerregenden Erfolgen, welche bei den ukltrakalten, neutralen und geladenen Atome erzielt werden konnten, sind in den letzten Jahren vielfaltige Anstrengungen unternommen worden, Methoden und Techniken zu entwickeln, um auch Molekule in der Gasphase auf Temperaturen im Millikelvin-Berreich und darunter abzukuhlen. Insbesondere sind universell einsetzbare Methoden von Interesse, welche fur eine breite Klasse von Molekulen geeignet sind. Neben der Demonstration solcher Techniken sind neuerdings auch erste Anwendungen kalter Molekule zum Gegenstand intensiver Forschungsaktivitaten geworden. Beispielsweise sind kalte Molekule interessante Modellsysteme zur Untersuchung fundamentaler Fragestellungen der Grundlagenforschung. Sie sind insbesondere geeignet zur Spektroskopie an Rotations- und Vibrationsubergangen in Molekulen mit hochster Auflosung. In dieser Arbeit werden Beitrage zu den obigen Themengebieten beschrieben. Im Einzelnen wurden folgende Themengebiete bearbeitet: - Methoden zur Erzeugung kalter ( - Die Eigenschaften der so erzeugten ein- und mehrkomponentigen Ionenplasmen konnten systematisch untersucht und charakterisiert werden. - Verschiedene neuartige destruktive und nichtdestruktive Techniken fur den Nachweis gekuhlter Teilchenspezies wurden entwickelt. - Die komplexe Dynamik der erzeugten Vielteilchensysteme wurde anhand von numerischen Simulationen untersucht. - Reaktionen zwischen sympathetisch gekuhlten Atomen und Molekulen und neutralen Teilchen konnten untersucht werden. Mit der entwickelten Methode wurde eine Auflosung im Bereich einzelner Ionen erreicht. - Die Moglichkeit der Kontrolle chemischer Reaktionssequenzen wurde genutzt, um kalte, nahezu lokalisierte, astrophysikalisch und metrologisch relevante Molekulionen zu erzeugen. - Hochauflosende Rotations-Vibrations-Spektroskopie an kalten Molekulionen wurde erstmals demonstriert. - Mittels (1+1') REMPD Laserspektroskopie wurde die Frequenz rovibronischer Ubergange in HD+-Ionen erstmals absolut vermessen. Die erzielte spektroskopische Genauigkeit liegt bei 2.3 ppb (absolute Genauigkeit 0.5 MHz) und stellt die bisher genaueste Messung an HD+ dar. Verglichen mit fruheren Ergebnissen and HD+ konnte die spektroskopische Genauigkeit um einen Faktor 165 gesteigert werden. Aus der gemessenen Ubergangsfrequenz konnte das Elektron-zu-Proton-Massenverhaltnis m_e/m_p mit einer Genauigkeit von etwa 5 ppb hergeleitet werden. - Eine relativ genaue Methode zur Messung der Rotationstemperatur translatorisch kalter Molekule wurde entwickelt. Insgesamt wurde das breite Anwendungspotenzial der sympathetischen Kuhlung demonstriert. Es konnte gezeigt werden, dass die einzigartigen Eigenschaften der erzeugten kalten Ionenplasmen sich fur eine Vielzahl von neuartigen Untersuchungen eignen, welche zur Entdeckung neuer physikalischer Effekte in Vielteichensystemen und zur spektroskopischen Messungen mit allerhochster Auflosung fuhren konnen.

Marc Eichhorn

Weihan Tan

Norbert Hungerbühler, Michaël Struwe

. Die Sicherheit von elektronischen Daten und deren Ubermittlung beruht heutzutage auf ausgeklugelten kryptographischen Methoden, die z.B. im e-Banking Verwendung finden. Im gleichen Mase, wie immer sicherere mathematische Methoden entwickelt wurden, um vertrauliche elektronische Kommunikation zu schutzen, sind auch immer raffiniertere Techniken entstanden, um diese Codes mit Hilfe immer leistungsfahigerer Computer zu brechen. Moderne Verschlusselungsmethoden basieren unter anderem auf zahlentheoretischen Grundlagen, auf der Theorie kommutativer Gruppen und auf algebraischer Geometrie. Die als besonders sicher geltenden Protokolle von Diffie und Hellman und das RSA-Public Key Verfahren scheinen in nicht allzu ferner Zukunft durch Faktorisierungsmethoden auf Quantencomputern bedroht. Als Abhilfe werden Chiffrierungsmethoden erprobt, die ihrerseits Quanteneffekte ausnutzen. Im Unterschied dazu beruht die Sicherheit des hier vorgestellten Public Key Verfahrens auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Dabei wird benutzt, dass die Warmeleitungsgleichung nur in einer Zeitrichtung losbar ist.