Lasersystem zur Anregung von Rydbergzuständen in ultrakalten Quantengasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das geförderte Lasersystem ist zentraler Bestandteil einer Apparatur zur Erzeugung ultrakalter Quantengase. In die Apparatur ist außerdem ein Elektronenmikroskop implementiert. Mittels einer selbst gebauten Frequenzverdopplung bei 297 nm wird das Licht des Farbstofflasers frequenzverdoppelt. Dadurch können Rubidiumatome direkt mit einem Einphotonenübergang in Rydbergzustände angeregt werden. Durch die maximal erreichbare Leistung von 800 mW können dabei sehr große Kopplungsstärken erreicht werden. Durch die direkte Anregung in Rydbergzustände können an der Apparatur ultrakalte Quantengase über einen Zeitraum von mehreren zehn Millisekunden an Rydbergzustände gekoppelt werden. Die spontane Streuung von einem atomaren Zwischenniveau wird durch den Einphotonenübergang vermieden. Insgesamt wurden bisher drei Arbeiten in hochrangigen Fachjournalen publiziert. In allen ist der UV-Laser wichtiger Bestandteil: 1.Charakterisierung der Wechselwirkung von Elektronen mit Rydberg-angeregten Bose-Einstein-Kondensaten: In dieser Arbeit konnte wir zeigen, dass der große Wirkungsquerschnitt bei der inelastischen Streuung von Elektronen and Rydbergatomen den Einphotonenanregungsprozess stark unterdrücken kann. 2. Untersuchung von Superatomen: In dieser Arbeit konnten wir ein atomares Ensemble erzeugen, das kleiner als der so genannte Blockaderadius ist. Dies bedeutet, das die gegenseitige Wechselwirkung der Rydbergatome so groß ist, dass nur eine einzige Anregung in das Ensemble passt – es entsteht ein Superatom. Die Eigenschaften dieses Superatoms bei resonanter und nichtresonanter Anregung wurden vermessen. 3. Wirkungsquerschnittsmessung für Stöße zwischen ultrakalten Rydbergatomen und Grundzustandsatomen: Durch die große Ausdehnung der elektronischen Wellenfunktion eines Rydberatoms wird der Wirkungsquerschnitt für inelastische Streuung riesig. Wir konnten zeigen, dass er für Quantenzahlen zwischen n=30 und n=60 exakt der Größe der Wellenfunktion entspricht. Ein Teil der inelastischen Stöße führt zur Bildung von Molekülionen durch assoziative Ionisation, deren Wirkungsquerschnitt wir ebenfalls vermessen haben. Diese grundlegenden Arbeit helfen, die vielen inelastischen Streuprozesse, die in Ensemblen von Rydbergatomen auftreten, besser zu verstehen. Aktuell untersuchen wir die korrelierte Anregungsdynamik von Rydbergatomen in optischen Gittern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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"Scanning electron microscopy of Rydbergexcited Bose–Einstein condensates". New J. Phys. 16, 083034 (2014)
T. Manthey, T. M. Weber, T. Niederprüm, P. Langer, V. Guarrera, G. Barontini and H. Ott
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“Giant Cross Section for Molecular Ion Formation in Ultracold Rydberg Gases”. Phys. Rev .Lett. 115, 013003 (2015)
T. Niederprüm, O. Thomas, T. Manthey, T. M. Weber, and H. Ott
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“Mesoscopic Rydberg-blockaded ensembles in the superatom regime and beyond”. Nature Physics 11, 157 (2015)
T.M. Weber, M. Höning, T. Niederprüm, T. Manthey, O. Thomas, V. Guarrera, M. Fleischhauer, G. Barontini, and H. Ott
