Logo PTB

Präzise Bestimmung der Wechselwirkung zwischen ultrakalten Calciumatomen

08.01.2015

Sehr genaue Potentiale für die Wechselwirkung zwischen Calciumatomen im Grundzuständ 1S0 und im angeregten metastabilen Zustand 3P1 bei großen Abständen konnten durch Photoassoziations-Spektroskopie mit kHz-Genauigkeit bestimmt werden. Mit dieser Analyse sind jetzt genauere Vorhersagen zur möglichen Manipulation der Streueigenschaften der kalten Atome mittels Laserlicht über sogenannte optische Feshbach-Resonanzen möglich. 

In Kooperation mit Prof. Tiemann, Leibniz-Universität Hannover und der PTB wurde die Wechselwirkung zwischen Calciumatomen wurde durch Photoassoziations-Spektroskopie sehr genau bestimmt. Hierzu wurden Calciumatome durch etablierte Laserkühltechniken zunächst bis auf wenige 10 µK abgekühlt. Diese Atome werden im Kreuzungsbereich zweier intensiver Laserstrahlen - einer sog. optischen Dipolfalle – gefangen und anschließend mittels Verdampfungskühlung weiter bis auf ca. 1 µK abgekühlt. Die Atomwolke wird mit Laserlicht bei 657 nm bestrahlt, wobei jeweils zwei 40Ca Atome in einen schwach gebundenen Molekülzustand angeregt werden (Abb. 1). Dieser Prozess führt zu einem Verlust der Atome aus der Dipolfalle (Abb. 2). Wir konnten die so erhaltenen Verlustspektren sehr gut modellieren und damit die ungestörten Bindungsenergien mit wenigen kHz∙h Unsicherheit bestimmen. Aus diesen Daten konnte durch Prof. Tiemanns theoretischer Rechnungen die Potentiale für die Wechselwirkung zwischen den Calcium Atomen bei großen Abständen extrahiert werden [1].

Mit dieser Analyse sind jetzt genauere Vorhersagen zur möglichen Manipulation der Streueigenschaften der kalten Atome mittels Laserlicht über sog. optische Feshbach Resonanzen möglich.

Für die Untersuchungen relevante Molekülpotentiale des Calcium-Moleküls Ca2.

Verlust der Atome aus der Dipolfalle als Funktion der Verstimmung der Laserfrequenz n von der atomaren Übergangsfrequenz vatom für den letzten gebundenen Vibrationszustand im c3u (0+) Potential. für die Temperaturen T = 0,5 µK und 1,0 µK  (blau und rote Punkte) mit Leistungen Phor  im horizontalen und Pver im vertikalen Laserstrahl der gekreuzten Dipolfalle. Die Linien zeigen modellierte Spektren für die beiden Temperaturen. Die gestrichelten Linien senkrechten Linien zeigen die jeweilige Extrapolation für T = 0 und die strichpunktierte Linie die auf Fallentiefe Null extrapolierte Position.


Literatur:

[1]        M. Kahmann, E. Tiemann, O. Appel, U. Sterr, and F. Riehle, "Photoassociation spectroscopy of 40Ca measured with kilohertz accuracy near the 3P1 + 1S0 asymptote and its Zeeman effect", Phys. Rev. A 89, 023413 (2014)