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 Zeitumkehr durch Kontrolle von magnetischen Wechselwirkungen
30.03.2015 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

nachricht Zeta-Potenzial 2.0
30.03.2015 | DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien

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: Rostocker Forscher entwickeln Mess-System für Schiffbau-Versuchsanstalten

Durch wissenschaftlich fundierte Daten der Forscher um Professor Nils Damaschke vom Institut für Allgemeine Elektrotechnik der Universität Rostock wird es künftig möglich, die Propellerform für Schiffe so zu optimieren, dass weniger Kraftstoff verbraucht und der Propellerverschleiß auf Grund von Kavitation reduziert werden kann. Die Wissenschaftler arbeiten inzwischen an der weiteren Verfeinerung eines kommerziellen Mess-Systems für die weltweit agierenden Schiffbau-Versuchsanstalten.

Kleinste Partikel spielen im täglichen Leben eine immer größere Rolle. Ob es sich um Schadstoffe in der Luft (Feinstaubbelastung) oder Zerstäubungsprozesse...

Im Focus: Den Synapsen bei der Arbeit zusehen

Göttinger Forscher beobachten Synapsenaktivität im Gehirn lebender Fruchtfliegen

Wissenschaftler der Universität Göttingen haben mit einer neuen Methode die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn lebender Fruchtfliegen beobachtet. Bislang...

Im Focus: FiberLab-Roboter begeistert auf Photonics West in San Francisco

Mit ihrem „humanisierten“ Roboter zeigten Anna Lena Baumann und Wolfgang Schade erstmalig die erfolgreiche Umsetzung der 3D-Navigation über eine neuartige Lasermethode, der Standard Single-Mode-Glasfaser. Mehr als 17.000 Teilnehmer konnten den Roboter und FiberLab, das erste Projekt des Photonik Inkubators in Göttingen, auf der Photonics West in San Francisco kennen lernen.

Mit Hilfe eines in die Kleidung eingenähten Fasersensors wurden Armbewegungen eines Probanden dokumentiert und nach entsprechender Auswertung an den Roboter...

Im Focus: Femto Photonic Production: Neue Verfahren mit Ultrakurzpulslasern für die Fertigung von morgen

Für die deutsche Wirtschaft spielt die Lasertechnik eine herausragende Rolle: Etwa 40 Prozent der weltweit verkauften Strahlquellen und 20 Prozent der Lasersysteme für die Materialbearbeitung stammen aus Deutschland.

Beim Einsatz von Lasern in der Produktion sind deutsche Unternehmen führend. Diese Stärken gilt es zu erhalten und auszubauen. Deswegen hat das...

Im Focus: Theorie der starken Wechselwirkung bestätigt: Supercomputer bestimmt Neutron-Proton-Massendifferenz

Nur weil das Neutron ein klein wenig schwerer ist als das Proton, haben Atomkerne genau die Eigenschaften, die unsere Welt und letztlich unsere Existenz ermöglichen.

80 Jahre nach der Entdeckung des Neutrons ist es einem Team aus Frankreich, Deutschland und Ungarn unter Führung des Wuppertaler Forschers Zoltán Fodor nun...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Premiere für die "innteract conference"

30.03.2015 | Veranstaltungen

Startup Weekend: In 54 Stunden von der Gründungsidee zur Firmengründung

30.03.2015 | Veranstaltungen

Große Bühne für Wissenschaft in drei Minuten

30.03.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Premiere in der Herzchirurgie: Ulmer Chirurgen setzen zwei neue Herzklappen über einen Zugang ein

31.03.2015 | Medizin Gesundheit

Feinstaub: ultrafeine Partikel beeinflussen Herzfunktion

31.03.2015 | Biowissenschaften Chemie

100 Millionen Jahre alte Schildlaus betrieb Brutpflege

31.03.2015 | Geowissenschaften