Quantenlogik für die Präzisionsspektroskopie von Molekülhydrid-Ionen

• Antragsteller: Dr. Fabian Wolf
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569298813

Das molekulare Wasserstoffion H2+ hat Vibrationsübergänge, deren Frequenzen mit 12-stelliger Genauigkeit berechnet und mit den derzeitigen Spektroskopietechniken mit ähnlicher Genauigkeit gemessen werden können. Die Quantenlogikspektroskopie (QLS) würde die Messungen um mehrere Größenordnungen verbessern, was für die Bestimmung grundlegender Konstanten wie des Proton-Elektron-Massenverhältnisses (µ), der Rydberg-Konstante und der Kernladungsradien sowie für die Suche nach neuen physikalischen Phänomenen wie µ-Variationen äußerst vielversprechend ist. Das Projekt QULEPSHYDRE zielt darauf ab, die QLS von H2+ mit 14-stelliger Genauigkeit zu implementieren und den Weg für die künftige Spektroskopie auf 17-stelligem Niveau zu ebnen. An QULEPSHYDRE sind zwei Gruppen beteiligt, die auf die Präzisionsspektroskopie von gefangenen Ionen spezialisiert sind. Die Gruppe für gefangene Ionen am LKB (Frankreich) arbeitet mit Be+- und H2+-Ionen und verfügt über ergänzende Fachkenntnisse in der Frequenzkontrolle von Quantenkaskadenlasern (QCL) im mittleren IR-Bereich. Die Gruppe für experimentelle Quantenmetrologie an der PTB (Deutschland) ist weltweit führend auf dem Gebiet der QLS und arbeitet mit MgH+-Molekül-Ionen. Die Synergien des Projekts ergeben sich aus der Komplementarität der beiden Partnergruppen und aus der Ähnlichkeit der (hyper)fein Zeeman-Struktur von H2+ und MgH+. Die in der PTB für MgH+ entwickelten QLS-Protokolle lassen sich ohne weiteres auf H2+ in der LKB anwenden, während das Know-how der LKB auf dem Gebiet der QCL-Frequenzstabilisierung für die Umsetzung der Rotationslaser-Kühlung von MgH+ in der PTB unerlässlich ist. Die im Rahmen des QULEPSHYDRE-Projekts entwickelten Instrumente (QLS-Ionenfalle und Mid-IR-QCL) werden die Rotationskühlung von MgH+ und die Entwicklung von Quantenkontrollmethoden in MgH+ ermöglichen, die dann für die Präzisionsspektroskopie von H2+ am LKB genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortliche: Dr. Vincent Barbé; Professor Dr. Piet Oliver Schmidt
• Kooperationspartner: Professor Dr. Laurent Hilico, Ph.D.