Optisch einstellbare Kontrolle molekularer Wechselwirkungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozent Dr. Leon Karpa; Professorin Dr. Silke Ospelkaus
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505794012

Die Untersuchung molekularer Kollisionen bei ultrakalten Temperaturen ist von größter Bedeutung für die Quantenchemie, Atom- und Molekülphysik, Metrologie sowie Quantensimulation und Quanteninformation. Ziel dieses Projekts mit einer Dauer von 3 Jahren ist es, neue Wege zu finden, um die Kollisionseigenschaften von polaren NaK-Molekülen bei extrem niedrigen Energien zu kontrollieren. Insbesondere werden wir die vorhergesagte Möglichkeit untersuchen, die Wechselwirkungen unter Verwendung geeigneter optischer Felder zu konstruieren. OpEnMInt hat zwei Ziele: (i) Die Manipulation/Abschirmung der Molekül-Molekül-Wechselwirkung zur Begrenzung oder Unterdrückung unerwünschter Zweikörperverluste. (ii) Die Untersuchung neuartiger molekularer Zustände, die durch das optische Feld induziert werden. Es wird erwartet, dass diese "optische Abschirmung" (OA) die Lebensdauer der Moleküle verlängert, was eine Voraussetzung für viele praktische Anwendungen in den oben genannten Bereichen ist. In ultrakalten bosonischen NaK-Ensembles ist die Lebensdauer derzeit aufgrund von Verlusten, die noch nicht vollständig verstanden sind, auf etwa 100 ms begrenzt. Deshalb ist NaK ein sehr geeignetes System, um den generischen und breit anwendbaren Ansatz von OA zu untersuchen. Darüber hinaus würden feldinduzierte gebundene Zustände es ermöglichen, die Streulänge von Molekülen über einen weiten Bereich zu bestimmen, was die Verdampfungskühlung verbessern würde. Solch ein "Engineering" molekularer Wechselwirkungen durch lichtinduzierte Dynamik erfordert eine präzise Kenntniss der molekularen Struktur und der optischen Übergänge in NaK-Ensembles, die durch spektroskopische Messungen gewonnen werden. Dieses Wissen ermöglicht dann (i) die optische Abschirmung von NaK-Wechselwirkungen bei höheren Energien der Photonen als die der intermolekularen Übergänge (blaue Verstimmung), und (ii) die Beobachtung von feldinduzierten Bindungszuständen der Moleküle im selben Spektralbereich, entweder durch resonanzverstärkte Verluste oder deren Population durch einen Assoziationslaser. Beide Effekte wurden bisher in keinem anderen System nachgewiesen, so dass die Ergebnisse unserer geplanten Studien wesentlich zum Verständnis ultrakalter molekularer Prozesse beitragen und sie vor allem für weitere Anwendungen nutzbar machen werden. Dies ist eine herausfordernde Aufgabe, die die gemeinsamen Anstrengungen von Theorie und Experiment erfordert. Theoretische Expertise wird vom Orsay-Forschungsteam zur Verfügung gestellt, das weltweit führend in Molekülstrukturberechnungen ist und das Konzept des OA einführte. Die spektroskopischen Studien und die Charakterisierung des vollständig gekoppelten Molekül-Photon-Systems werden mit experimenteller Expertise des Teams aus Hannover durchgeführt. Die deutsch-französische Zusammenarbeit zwischen den Bewerbergruppen zu bisherigen Themen hat sich bereits in der Vergangenheit als sehr fruchtbar erwiesen. Wir planen, den Ideen- und Informationsaustausch durch Fortbildung junger Forscher und gegenseitige Besuche mit einer geplanten Gesamtdauer von bis zu einigen Monaten weiter zu verstärken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Olivier Dulieu