Wechselwirkung von twisted Licht mit einzelnen Atomen und atomaren Ensembles

• Antragsteller: Professor Dr. Andrey Surzhykov
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445408588

In den letzten Jahren wurde ein großes Interesse an der Anwendung von twisted Lichtstrahlen in der Atomphysik geweckt. Im Gegensatz zur konventionellen Strahlung ebener Wellen sind diese Strahlen so konzipiert, dass sie eine von null verschiedene Projektion des orbitalen Drehimpulses (OAM) in ihrer Ausbreitungsrichtung haben. Heutzutage können die twisted Photonen mit ihren helixförmigen Phasenfronten, ringförmigen Intensitätsprofilen und komplexen Energieflussmustern bei einemweiten Wellenlängenbereich von Hochfrequenzen bis hin zu Röntgenenergien routinemäßig generiert werden, was als wertvolles Instrument dazu dienen kann, besser zu verstehen, wie OAM die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie beeinflusst. In dieser Arbeit planen wir, die Wechselwirkung von twisted Licht, sowohl mit einzelnen gefangenen Atomen (oder Ionen) als auch mit atomaren Ensembles zu untersuchen. Für das Einzel-Atom-Szenario wird ein besonderes Augenmerk auf die Übergänge zwischen gebundenen Zuständen gelegt, deren Auswahlregeln und Wahrscheinlichkeiten durch das OAM von Photonen effizient modifiziert werden können. Die Absorption von twisted Licht wird es uns außerdem ermöglichen, die Lichtverschiebung (Stark Verschiebung) von Atomzuständen zu reduzieren. Diese Reduzierung ist für die Anregung von Dipol-verbotenen Atomuhrübergängen von großer Bedeutung. Wir schlagen außerdem vor, die Verstärkung von „nicht-Dipol Effekten“ bei der Atomionisierung durch twisted Licht für die Photonenenergien in der Nähe des Cooper-Minimums zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf dem Verständnis der Winkelverteilung und/oder der Polarisation von Photoelektronen liegt. Darüber hinaus beabsichtigen wir, die Photoionisation von Molekülen mit unterschiedlichen Symmetrien durch twisted Strahlung zu analysieren. Bei der Wechselwirkung von twisted Licht mit atomaren Ensembles konzentrieren wir uns insbesondere auf den Hanle-Effekt in atomaren Dämpfen. Neben den twisted Photonen wollen wir auch die twisted Elektronenstrahlen betrachten, für die wir die Williams-Weizsaecker-Methode entwickeln werden, mit der wir die Bremsstrahlung von Elektronen im Ionenfeld beschreiben können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexei N. Grum-Grzhimailo, Ph.D.; Dr. Dmitry Karlovets; Professor Dr. Valeriy Serbo