Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gekühlt und gefangen: Atomare Kühlbox für Rubidium-Ionen

14.11.2012
Ionen werden beim Zusammenstoß mit kalten Atomen gekühlt – Ähnliche Prozesse im Weltraum vermutet

Die Speicherung und Kühlung von Atomen und Ionen knapp über dem absoluten Nullpunkt gehört zu den wichtigsten in den letzten Jahren entwickelten Methoden der Atomphysik. Wissenschaftler aus Bangalore und Mainz haben nun in einem Experiment gezeigt, dass gefangene Ionen auch durch den Kontakt mit kalten Atomen gekühlt und dadurch für längere Zeit stabil in sogenannten Ionenfallen gespeichert werden können.


Neben dem Laserlicht, das an den Elektroden des Ionenkäfigs und anderen Oberflächen gestreut wird, ist ein heller Fleck zu erkennen, wo sich die gefangenen Ionen und Atome überlagern.
Foto: Raman Research Institute


Aufbau der Apparatur
Foto: Raman Research Institute

Dieser Befund widerspricht zunächst den Erwartungen, wonach sich die Ionen durch Stöße mit den Atomen erwärmen müssten. Die Ergebnisse der indisch-deutschen Forschungskooperation eröffnen die Möglichkeit für künftige chemische Experimente zur Bildung von Molekülionen bei tiefen Temperaturen, wie sie etwa im interstellaren Raum vorliegen.

Wissenschaftler vom Raman Research Institute im indischen Bangalore und dem Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben für ihr Experiment zwei Techniken kombiniert: die Speicherung von neutralen Atomen in einer magneto-optischen Falle und ihre Kühlung durch Laserlicht bis kurz vor dem absoluten Nullpunkt – er liegt bei minus 273,15°C – sowie die Speicherung von geladenen Teilchen in einer Ionenfalle. Zu diesem Zweck hat Prof. Dr. Günter Werth eine Paul-Falle, wie sie in Mainz verwendet wird, in Indien in Betrieb genommen, wo sie mit einer magneto-optischen Falle kombiniert wurde. Damit konnten gleichzeitig Ionen und kalte Atome an ein und demselben Ort gefangen werden, um ihre Entwicklung zu beobachten.

„Die Frage war, ob das überhaupt funktionieren würde“, erläutert Werth. Das Experiment mit Rubidium-Ionen und Rubidium-Atomen hat dann gezeigt, dass die Teilchen tatsächlich Energie austauschen. Die Ionen werden bei einem Zusammenstoß mit den kalten Atomen effektiv gekühlt. Wie die Wissenschaftler in einer Veröffentlichung in Nature Communications schreiben, sind dafür zwei Aspekte maßgebend: Die kontinuierliche Kühlung der Atome zieht indirekt Energie von den gefangenen Ionen ab. Darüber hinaus können beim Zusammenstoß zwischen Ionen und Atomen beide ihre Ladungen austauschen und aus einem heißen wird dann ein kaltes Ion. Durch die konstante Anzahl der Atome in dem Reservoir der magneto-optischen Falle ist genügend Kapazität vorhanden, um auch eine größere Anzahl von Ionen zu kühlen, ohne dass das Reservoir an Atomen umgehend geleert wird.

Die Wechselwirkung zwischen Ionen und Atomen ist für die Physiker von besonderem Interesse, weil vergleichbare Interaktionen vielleicht im ebenso kalten Weltraum ablaufen. „Man erwartet von einem Zusammenstoß von Ionen und Atomen bei sehr niedrigen Temperaturen, dass sich Molekülionen bilden. Das ist ein Prozess, der sich vermutlich auch im interstellaren Raum abspielt“, so Werth.

Veröffentlichung:
K. Ravi, Seunghyun Lee, Arijit Sharma, G. Werth & S.A. Rangwala
Cooling and stabilization by collisions in a mixed ion–atom system
Nature Communications, 9. Oktober 2012
DOI: 10.1038/ncomms2131

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Günter Werth
Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik (ETAP)
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-22883
Fax +49 6131 39-25169
E-Mail: werth@uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-mainz.de/werth/
http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n10/full/ncomms2131.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie