Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ungestörte Anregung mit gepulstem Licht

22.11.2012
PTB präsentiert neues Verfahren zur Laseranregung von Atomen und Molekülen

Die präziseste Information über die innere Struktur von Atomen und Molekülen erhält man durch die Anregung mit resonantem Laserlicht. Leider kann eben jenes Laserlicht, (sofern es intensiv ist) zu messbaren Veränderungen innerhalb der Atomhülle führen.


Künstlerische Darstellung der Anregung eines einzelnen Ions in einer Falle durch eine „Hyper“-Ramsey-Pulsfolge. (Abb.: PTB)

Wie man solche „Lichtverschiebungen“ vermeiden kann, haben Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) jetzt experimentell gezeigt. Damit bestätigten sie die bereits theoretisch vorhergesagten Vorteile der „Hyper“-Ramsey-Anregung. Mit dieser Methode können sie ihre optische Atomuhr mit Ytterbium-Ionen noch genauer machen.

Darüber hinaus wird die „Hyper“-Ramsey-Anregung in vielen Anwendungen hilfreich sein, bei denen es auf eine präzise kontrollierte Wechselwirkung zwischen Atomen und Laserlicht ankommt. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

„Lichtverschiebung“ bedeutet, dass intensives Laserlicht die Lage der atomaren Energieniveaus verändert; die Verschiebung ist von der Intensität und Wellenlänge des verwendeten Lasers abhängig. Ist man an den Eigenschaften des Atoms als einem ungestörten Quantenobjekt interessiert, so muss man diese Verschiebung vermeiden oder korrigieren. Bei dem neuen Verfahren, das in der PTB jetzt erstmals experimentell eingesetzt wurde, beseitigt eine geschickt gewählte Folge von Laserpulsen zur Anregung des Atoms den störenden Effekt der Lichtverschiebung.

Die Grundidee, für präzise Messungen gepulste Strahlung zu verwenden, geht zurück auf Norman Ramsey, der dafür 1989 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Bei dieser Methode schickt man einen ersten Laserpuls auf das Atom, der dort eine resonante Anregung startet. Anschließend läuft die in der Elektronenhülle des Atoms angeregte Schwingung „im Dunkeln“ ungestört weiter, bis schließlich ein zweiter Laserpuls den Vergleich zwischen der Resonanzfrequenz des Atoms und der Laserfrequenz abschließt. Eine ähnliche Vorgehensweise ist auch als Uhrenvergleich geläufig: Zwei Uhren werden zu einem gewissen Zeitpunkt gleich gestellt, dann für einen längeren Zeitraum laufen gelassen und abschließend wieder verglichen. Das Ergebnis zeigt dann, welche Uhr schneller bzw. langsamer als die andere gelaufen ist.

Das Signal der Ramsey-Anregung enthält durch die Dunkelphase zwischen den Laserpulsen eine Mittelung über die Lage der Zustände des Atoms mit und ohne Lichtverschiebung. Im Prinzip ließe sich die Lichtverschiebung kompensieren, indem die Laserfrequenz während der Pulse (und nur während der Pulse) um genau diese Größe verändert wird. Damit wäre praktisch aber nicht viel gewonnen, da man die präzise Information über die Störung des Atoms bereits vorab kennen müsste. Um dieses Problem zu lösen, hat bereits 2010 eine Gruppe von Wissenschaftlern (ebenfalls unter PTB-Mitwirkung) eine Methode vorgeschlagen, die sie „Hyper“-Ramsey-Anregung nannte.

Diese theoretische Überlegung ist jetzt erstmals experimentell bestätigt worden. Bei der „Hyper“-Ramsey-Anregung wird in die Dunkelphase ein dritter Laserpuls gleicher Intensität und gleicher Frequenz, aber mit invertierter Phase, eingefügt. Er kompensiert automatisch mögliche Fehler, die sich durch eine Fehleinschätzung in der Größe der Lichtverschiebung und kleine Schwankungen in der Laserintensität während der Lichtpulse ergeben können.

Die experimentelle Realisierung der „Hyper“-Ramsey-Anregung gelang an einem atomaren Übergang, der es erlaubt, sehr kleine Frequenzänderungen nachzuweisen, und der gleichzeitig eine große Lichtverschiebung aufweist, da zu seiner Anregung eine hohe Laserintensität benötigt wird. Es handelt sich um einen elektrischen Oktupolübergang im Yb+-Ion, der in der PTB als Basis einer optischen Uhr untersucht wird. Das Experiment konnte die theoretischen Vorhersagen über die Vorteile der „Hyper“-Ramsey-Anregung bestätigen und erreichte eine zehntausendfache Unterdrückung der Lichtverschiebung. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, mit der optischen Yb+-Uhr eine noch höhere Genauigkeit zu erreichen. Und auch für andere Forscher, die an einer präzise kontrollierten Wechselwirkung zwischen Atomen und Laserlicht interessiert sind, etwa im Gebiet der Quanten-Informationsverarbeitung, dürfte die Methode interessant sein.
es/ptb

Wissenschaftliche Veröffentlichung:
Huntemann, N.; Lipphardt, B.; Okhapkin, M.; Tamm, Chr.; Peik, E.; Taichenachev, A.V.; Yudin, V.I: Generalized Ramsey excitation scheme with suppressed light shift. Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 213002, http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2012/pitext/pi121122.html
Ansprechpartner:
Dr. Ekkehard Peik, PTB-Fachbereich 4.4 Zeit und Frequenz,
Telefon: (0531) 592-4400, E-Mail: ekkehard.peik@ptb.de

Erika Schow | PTB
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert
15.10.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Materiezustände durch Licht verändern
12.10.2018 | Universität Hamburg

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: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Im Focus: Chemiker der Universitäten Rostock und Yale zeigen erstmals Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen

Die Forschungskooperation zwischen der Universität Yale und der Universität Rostock hat neue wissenschaftliche Ergebnisse hervorgebracht. In der renommierten Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten die Wissenschaftler über eine Dreierkette aus Ionen gleicher Ladung, die durch sogenannte Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Damit zeigen die Forscher zum ersten Mal eine Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen, die sich im Grunde abstoßen.

Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Professoren Mark Johnson, einem weltbekannten Cluster-Forscher, und Ralf Ludwig aus der Physikalischen Chemie der...

Im Focus: Storage & Transport of highly volatile Gases made safer & cheaper by the use of “Kinetic Trapping"

Augsburg chemists present a new technology for compressing, storing and transporting highly volatile gases in porous frameworks/New prospects for gas-powered vehicles

Storage of highly volatile gases has always been a major technological challenge, not least for use in the automotive sector, for, for example, methane or...

Im Focus: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Neurowoche 2018: 7000 Experten für Gehirn und Nerven tagen in Berlin

15.10.2018 | Veranstaltungen

Berlin5GWeek: Private Industrienetze und temporäre 5G-Inseln

15.10.2018 | Veranstaltungen

PV Days in Halle zeigen neue Chancen für die Photovoltaik

11.10.2018 | Veranstaltungen

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

Smart Glasses Guide: Neues Tool zur Auswahl von Datenbrillen und Anwendungen

15.10.2018 | Informationstechnologie

Neurowoche 2018: 7000 Experten für Gehirn und Nerven tagen in Berlin

15.10.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Grauer Star: Neues Verfahren bei der Katarakt-Operation

15.10.2018 | Medizintechnik

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