Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

MOTReMi – ein neuartiges Experiment zur Erforschung atomarer Kollisionen

17.09.2012
Eine Forschergruppe am MPI für Kernphysik hat erstmals erfolgreich eine magneto-optische Falle mit einem Reaktionsmikroskop kombiniert und in den Ionenspeicherring des Instituts integriert.
Mit dem neu entwickelten Instrument lassen sich Reaktionen zwischen Ionen und Atomen in unübertroffener Genauigkeit und Auflösung studieren. Dies zeigen erste Stoßexperimente, bei denen Sauerstoffkerne auf lasergekühlte Lithiumatome geschossen wurden. (Phys. Rev. Lett., 14.09.2012 online)

Stöße von Ionen mit Atomen eröffnen einen Zugang zu Quantensystemen, die aus wenigen miteinander wechselwirkenden Teilchen bestehen. Solche fundamentalen Systeme sind auch heute noch eine Herausforderung für quantenmechanische Berechnungen. Mit der Entwicklung des Reaktionsmikroskops wurde es möglich, die Dynamik von Ion-Atom-Stößen unter die Lupe zu nehmen. Für möglichst genaue Messungen muss das Target kalt sein, was konventionell durch einen expandierenden Überschall-Gasstrahl realisiert wird. Bevorzugtes Target ist daher Helium; für Alkalimetalle wie Lithium ist diese Technik nicht geeignet. Deutlich tiefere Temperaturen und damit eine höhere Auflösung sind im Prinzip mit Laserkühlung zugänglich. Frühere Versuche waren jedoch nur teilweise erfolgreich.

Die neue Apparatur, MOTReMi genannt, kombiniert ein Reaktionsmikroskop (ReMi) mit einer magneto-optischen Falle (MOT) und ist in den Ionenspeicherring TSR des Max-Planck-Instituts für Kernphysik eingebaut. In einer MOT lassen sich Atome durch drei senkrecht zueinander angeordnete Paare von gegenläufigen Laserstrahlen kühlen und durch ein Magnetfeld einfangen. Beschießt man Atome mit einem Ionenstrahl, verlieren sie ein oder mehrere Elektronen. Ein Reaktionsmikroskop lenkt die Ionen und Elektronen mittels elektrischer und magnetischer Felder auf großflächige orts- und zeitempfindliche Detektoren. So können die Flugbahnen der Teilchen rekonstruiert und daraus ihre Impulsvektoren abgeleitet werden. Wenn dabei die Impulse aller beteiligten Teilchen bestimmt werden, wird dies als kinematisch vollständiges Experiment bezeichnet. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Anforderungen an die Felder erscheinen diese beiden Techniken – MOT und ReMi – auf den ersten Blick jedoch unvereinbar.

Mit einigen Tricks gelang es den Physikern um Daniel Fischer aber, MOT und ReMi doch unter einen Hut zu bringen. So verwenden sie für die MOT besonders kleine Magnetspulen, die zudem koaxial zum ReMi angeordnet sind – anders als bei früheren Experimenten. Kompensationsspulen begrenzen das Magnetfeld auf den inneren Fallenbereich. So kann das Magnetfeld schnell ab- und wieder angeschaltet werden, ohne dass die gefangenen Atome aus der Falle entkommen. In diesem Zeitraum erfolgen die nun ungestörten Messungen mit dem ReMi. Damit die Laserkühlung auch bei abgeschaltetem Magnetfeld funktioniert, wird eine spezielle Polarisation der Kühl-Laserstrahlen entlang der Achse des ReMi eingesetzt.

Der TSR mit seinem Elektronenkühler kann kalte Ionenstrahlen mit hoher Intensität erzeugen. Darüber hinaus weisen diese Strahlen eine große Kohärenzlänge auf, eine Eigenschaft, die für den Vergleich der experimentellen Daten mit quantenmechanischen Modellen entscheidend sein kann.

In ersten Experimenten mit dem neuen Instrument hat die Gruppe um Daniel Fischer Lithiumatome in der MOT gefangen und mit Sauerstoffkernen beschossen. Mit ihren 3 Elektronen (2 fest gebundene innere und 1 Valenzelektron) lassen sich Lithiumatome quantentheoretisch in guter Näherung als Ein-Elektronen-Systeme behandeln. Gleichzeitig ist ihre Elektronenstruktur komplexer als die von Helium, dessen 2 fest gebundene „gleichberechtigte“ Elektronen aber schwierig zu berechnen sind. Dies macht Lithiumatome zu interessanten Targets für Stoßexperimente. In diesen Stößen werden die Lithiumatome auf 2 verschiedenen Reaktionswegen ionisiert: der erste ist die direkte Abgabe des Valenzelektrons, im anderen Prozess wird gleichzeitig eines der inneren Elektronen auf ein höheres Energieniveau angehoben. Durch die sehr niedrige Target-Temperatur im MOTReMi zeigen sich diese beiden Prozesse nun zum ersten Mal klar getrennt in den Daten, so dass sich neue Einblicke in ihre Dynamik ergeben.

Originalveröffentlichung:
Ion-lithium collision dynamics studied with a laser-cooled in-ring target
D. Fischer, D. Globig, J. Goullon, M. Grieser, R. Hubele, V.L.B. de Jesus, A. Kelkar, A. LaForge, H. Lindenblatt, D. Misra, B. Najjari, K. Schneider, M. Schulz, M. Sell, X. Wang
Phys. Rev. Lett. 109, 113202 (2012)

Kontakt:
Dr. Daniel Fischer
Tel.: +49 6221 516259
E-Mail: daniel.fischer@mpi-hd.mpg.de
Weitere Informationen:
Originalveröffentlichung:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i11/e113202

Homepage der PRIOC-Gruppe am MPIK
http://www.mpi-hd.mpg.de/prioc/de/
Merkmale dieser Pressemitteilung:

Dr. Bernold Feuerstein | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpi-hd.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics