Zustandsaufgelöste Untersuchung von Mehrkörper-Kollisionen und Reaktionen bei ultrakalten Temperaturen

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Hecker Denschlag
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399903135

Kollisionen zwischen drei bzw. vier atomaren Stoßpartnern zählen zu den fundamentalsten Prozessen, die in der Natur vorkommen. Umso mehr ist es bemerkenswert, dass sie größtenteils immer noch unverstanden sind. Das Ziel dieses Antrags ist es, einige der wichtigen, offenen Fragen diesbezüglich zu klären. Hierfür schlagen wir Experimente vor, die es uns erlauben werden, Mehrkörperkollisionen vollkommen zustandsaufgelöst bei ultrakalten Temperaturen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir ultrakalte 87Rb-Atome sowie ultrakalte 87Rb2-Moleküle verwenden, die anfangs in einem genau definierten Quantenzustand präpariert werden. Nach der Kollision der Teilchen, bei der sie gegebenenfalls chemisch reagieren oder relaxieren, werden wir die Quantenzustände der Rb2-Molekülprodukte messen. Dafür werden wir eine hoch-selektive Detektionsmethode anwenden, die unsere Gruppe vor kurzem ausgearbeitet hat, und die wir im Zuge des Antrags weiterentwickeln werden. Die Methode basiert auf der zustandsselektiven Ionisierung von Molekülen mit Hilfe von resonanter Multiphoton-Anregung und anschließendem Nachweis der Ionen mit hoher Effizienz. Wir werden zwei verschiedene Stoßprozesse untersuchen: 1) Drei-Körper-Rekombination von 87Rb-Atomen, bei der ein Rb2-Molekül entsteht. 2) Relaxation von angeregten, ultrakalten Rb2-Molekülen zu tiefer gebundenen Zuständen, hervorgerufen durch eine Kollision mit einem Rb-Atom oder einem weiteren Rb2-Molekül. Unsere Experimente sind konzipiert, um Fragestellungen aus dem Gebiet der ultrakalten Chemie zu bearbeiten, einem Forschungsfeld, das erst vor kurzem zugänglich geworden ist. Wir erwarten, dass unsere Forschung eine Fülle neuer Erkenntnisse liefern wird. Über das fundamentale Verständnis von reaktiven und inelastischen Mehrkörperstößen hinaus, ist für uns ein weiteres Ziel Methoden zu entwickeln, mit denen chemische Reaktionen auf dem Quantenniveau kontrolliert werden können. Die hier vorgeschlagenen Experimente stellen für das Feld der ultrakalten zustandsaufgelösten Chemie einen neuen, sehr allgemeinen Zugang dar, insbesondere für Systeme mit vielen Reaktionskanälen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen