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Beobachtung von Dekohärenzeffekten in einer Strontium-Gitteruhr

13.10.2009

International wird mit großem Interesse an Frequenzstandards im optischen Spektralbereich geforscht, die gegenüber den jetzigen Cs-Atomuhren deutlich verbesserte Genauigkeit und Stabilität versprechen. Neutrale Strontiumatome sind ein sehr aussichtsreicher Kandidat für eine „optische Uhr“, die möglicherweise die Cs-Fontänen in Zukunft ablösen werden.

Anfang des Jahres wurde an der PTB erstmals der Uhrenübergang 1S03P0 in 88Sr in einem optischen Gitter beobachtet. Die Atome sind in diesem Gitter stark lokalisiert, so dass eine Doppler-freie Beobachtung ähnlich der Mößbauer-Spektroskopie möglich ist. Es können maximal 2·106Atome bei einer Temperatur von 4 µK im Gitter für mehrere Sekunden gespeichert werden. Während der ersten systematischen Untersuchungen wurde jedoch beobachtet, dass sich die Verweildauer der Atome in der Falle erheblich verkürzt, wenn Sr-Atome aus dem Grundzustand in das 3P0Niveau des Uhrenübergangs angeregt werden. Die Verkürzung der Fallenlebensdauer ließ sich auf inelastische Stöße zurückführen. Es konnten zwei Verlustkanäle unterschieden werden: Stöße zwischen zwei Atomen im 3P0 Zustand und Stöße 3P01S0. Neben den Verlusten wurde auch eine atomdichteabhängige Verbreiterung des Uhrenübergangs gefunden, die auf kohärenzzerstörende Stöße kalter Atome zurückzuführen ist. Als dritter stoßinduzierter Effekt wurde eine Verschiebung des Uhrenübergangs beobachtet.

Alle Prozesse werden derzeit noch detailliert untersucht, um quantitative Aussagen über die jeweiligen Raten machen zu können. Die bisherige Modellierung der Prozesse deutet stark darauf hin, dass eine gute Beschreibung der Dekohärenzprozesse in einer 88Sr Gitteruhr möglich sein wird.

Aufgrund dieser Ergebnisse werden dann in naher Zukunft Aussagen über die notwendigen Betriebsparameter einer solchen optischen Uhr möglich sein, die zu einer Optimierung dieser Uhr mit Strontiumatomen führen werden.


Dargestellt ist die Zahl der nach der Anregung im Grundzustand verbleibenden Atome als Funktion der Anregungsfrequenz.

Abb. 1: Dargestellt ist die Zahl der nach der Anregung im Grundzustand verbleibenden Atome als Funktion der Anregungsfrequenz. Mit zunehmender atomarer Dichte wächst die Stoßverbreiterung des Uhrenübergangs. Die durchgezogenen Linien sind das Ergebnis der Modellierung der Stoß- und Anregungsprozesse.



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Fachbereich:
4.3, Quantenoptik und Längeneinheit
Arbeitsgruppe:
4.32 Quantenoptik mit kalten Atomen