Experimente zur nichtlinearen Materie-Wellenoptik

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Kurt Oberthaler
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5283110

Das Hauptziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Erzeugung nichtklassischer Atomkorrelationen, um damit erstmals eine Atomquelle mit vermindertem Quantenrauschen der Atomzahl zu realisieren. Mit einer derartigen Quelle kann die Phasenauflösungsgrenze der bereits existierenden Atominterferometer wesentlich erhöht werden. Die Erzeugung von Korrelationen zwischen Atomen ermöglicht auch grundlegende Experimente zur Quantenmechanik, wie Bell-Ungleichungen, erstmals mit massiven Teilchen durchzuführen.Zur experimentellen Umsetzung werden neue Methoden der nichtlinearen Atomoptik entwickelt und eingesetzt. Nichtlineare Materie-Wellenoptik ist dann möglich, wenn die einzelnen Atome einer Quelle kohärent miteinander wechselwirken können. Ein Bose-Einstein-Kondensat von Rubidiumatomen erfüllt diese Bedingung, wobei die Auswirkung der Atom-Atom-Wechselwirkung als Kerr-Effekt für Materiewellen beschrieben werden kann. Kombiniert man diesen Effekt mit der anomalen Dispersion von Materiewellen in einem periodischen Potential, beschrieben durch die negative Masse, kann eine solitonartige Ausbreitung eines Kondensats verwirklicht werden. Aus der Photonenoptik ist bekannt, dass diese nichtlineare Ausbreitung zu einem Aufbau von Korrelationen verschiedener Frequenzen führt. In Analogie dazu können in einem Bose-Einstein-Kondensat Korrelationen von Atomen mit verschiedenen Impulsen erwartet werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Ti:Saphir Ringlaser mit 10 W Festkörper-Pumplaser