Plenarvorträge

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Plenarvorträge

Plenarvorträge
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Plenarvortrag
PV I Mo 09:00 Audimax
Gravitationswellenastronomie – Die ersten Detektoren gehen
in Betrieb! — •Karsten Danzmann — Universität Hannover und
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
In diesem Jahr beginnen die ersten km-grossen laserinterferometrischen
Gravitationswellendetektoren mit der Datenaufnahme. Das deutschbritische GEO600 Projekt mit einem Detektor in Hannover und das
amerikanische LIGO Projekt mit jeweils einem Detektor in den Bundesstaaten Washington und in Louisiana haben die gemeinsame Analyse
ihrer Daten vereinbart. Das französisch-italienische VIRGO Interferometer bei Pisa wird voraussichtlich im Jahr 2004 ebenfalls Daten beisteuern. Für das ESA/NASA Weltraumprojekt LISA, ein Interferometer
mit 5 Mio. km langen Armen, beginnt in diesem Jahr die HardwareEntwicklung für die Technologie-Demonstrationsmisson SMART-2 mit
einem Start im Jahr 2006.
Plenarvortrag
PV II Mo 09:45 Audimax
Quantengravitation und Topologie — •Domenico Giulini — Universität Freiburg, Fakultät für Physik, Freiburg im Breisgau
Allen Versuchen eine Quantentheorie der Gravitation zu finden ist gemeinsam, dass sie wesentliche Strukturelement der klassischen Theorie
uebernehmen. Zu diesen gehört insbesondere die Invarianz unter allgemeinen (differenzierbaren) Punkttransfomationen, die das zentrale Charakteristikum der Allgemeinen Relativitätstheorie ist. Versuche diese Invarianz in der Quantentheorie zu implementieren führen u.a. auf einige
faszinierende und teilweise ungelöste topologische Probleme, von denen
eine Auswahl in diesem Vortrag angesprochen werden sollen.
Plenarvortrag
PV III Di 09:00 Audimax
Energie: Optionen für die Zukunft — •Klaus Heinloth — Physikalisches Institut, Universität Bonn, Nussalleee 12, D-53115 Bonn
Wieviel Energie wir brauchen werden, hängt ab von den Entwicklungen
von Bevölkerung, Wirtschaft und Energieeffizienz.
Zur Deckung des künftigen Energiebedarfs haben wir eine Fülle von
Optionen
- für innovative Bereitstellung von Strom aus Wärmekraft-TurbinenGeneratoren und Brennstoffzellen, aus Wasser, Wind und Sonne, aus
Kernspaltung und Kernfusion;
- für innovative Nutzung von Wärme aus Sonne und Erde, vor allem
zur Heizung angemessen gebauter Häuser;
- für innovative Befriedigung des Bedarfs an Verkehr, zum einen auf
der Strasse und in der Luft unter Nutzung umweltschonender Treibstoffe, zum anderen auf der Schiene;
- und vielleicht für neue, wünschenswerte Felder unserer Lebensgestaltung.
Plenarvortrag
PV IV Di 09:45 Audimax
Kohärenz und Streuung von Photo- und Augerelektronen —
•Uwe Becker — Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft,
Faradayweg 4–6,14195 Berlin
Die als Ergebnis der Wechselwirkung von energiereichen Photonen mit
Atomen, Molekülen oder Clustern erzeugten Fragmente, wie Elektronen
und Fragmentionen, werden in zunehmenden Maße nicht mehr getrennt,
sondern in wechselseitiger Koinzidenz nachgewiesen [1]. Dies erlaubt Einblicke in Eigenschaften sowohl der erzeugten Fragmente als auch des Ausgangstargets, die bisher der Untersuchung nicht zugänglich waren. Dies
sind vor allem Kohärenz- und Streueigenschaften von Photoelektronen,
die sich aus der ursprünglich delokalen oder lokalen Verteilung der im
Target gebundenen Elektronen ergeben. Diese Eigenschaften führen zu
charakteristischen Intensitäts- und Winkelverteilungen der emittierten
Elektronen, die Rückschlüsse auf die elektronische Ladungsverteilung im
Target zulassen [2]. Elektronenemission aus schnell dissoziierenden Systemen besitzt ein besonders großes Potential für derartige Untersuchungen, da die durch den Dopplereffekt bewirkte Entkopplung der gestreuten, von der direkt emittierten Elektronenwelle, neue Möglichkeiten zur
Strukturuntersuchung von dynamischen Systemen, wie dissoziierenden
Molekülen, ermöglicht. Dies wird an Hand der atomaren Autoionisation kleiner, symmetrischer Moleküle nach K-Schalenanregung eines ihrer
äquivalenten Atome näher erläutert.
[1] T. Jahnke et al., Phys. Rev. Lett. 88, 073002 (2002), O. Geßner et
al., Phys. Rev. Lett. 88, 193002 (2002)
[2] A. Rüdel et al., Phys. Rev. Lett. 89, 125503 (2002)
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PV V Mi 09:00 Audimax
Quantum information and quantum optical systems — •I. Cirac
— Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching
Quantum information processing and communication is a multidisciplinary field of research in which the goal is to use some of the intriguing
properties of quantum mechanics in order to process and transmit information. For the moment, there are very few systems on which one can
test the main ideas of quantum computing, perhaps the most important
application in this field. On the one hand, we have quantum optical systems, typically atoms or ions, which interact with laser fields and that are
trapped by electromagnetic forces. On the other, we have solid state devices (quantum dots or superconductor devices, for example) which can
be electronically controlled. In this talk I will revise some of the ideas of
how to perform quantum computations using atoms, ions and photons,
and present some other applications of quantum information theory.
Plenarvortrag
PV VI Mi 12:30 Audimax
Massive Schwarze Löcher in Galaxienkernen — •Reinhard Genzel — Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching und
Dept. of Physics, University of California, Berkeley — Träger der SternGerlach-Medaille
Seit der Entdeckung der Quasare vor etwa 40 Jahren haben sich die
Indizien gehäuft, dass in den Zentren von Milchstraßensystemen massive
schwarze Löcher sitzen, die durch Akkretion von Gas und Sternen effizient Gravitationsenergie in Strahlung umwandeln. Durch hochauflösende
Messungen im Infrarot- und Radiobereich ist es jetzt im Zentrum unserer eigenen Milchstraße gelungen, einen überzeugenden Beweis für diese
Hypothese zu liefern. Hierbei haben neue Entwicklungen in der Infrarotinstrumentierung und der adaptiven Optik am neuen Großteleskop
der ESO, dem VLT, eine wichtige Rolle gespielt. Es werden diese neuen Messungen und ihre Konsequenzen für die Entstehung von schwarzen
Löchern diskutiert.
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PV VII Mi 14:00 Audimax
Schulbeispiele in neuer Sicht: Atome, Moleküle, und Übergangsmetalle — •Martin Gutzwiller — IBM Research Emeritus
und Yale University — Träger der Max-Planck-Medaille
Der Magnetismus von Fe, Co, und Ni spiegelt sich schon im WaserstoffMolekül wider, deren zwei Elektronen sich gemäß Hund frei bewegen,
aber gemäß Heitler jede Anhäufung im selben Atom vermeiden. Frage:
Wie sieht eine Wellenfunktion für die vielen Elektronen im Nickel aus,
welche beide Eigenschaften verkörpert? Andere Frage: Kann das Spektrum von wenigen Elektronen in verschiedenen Umgebungen klassisch
verstanden werden? Zum Beispiel, das Wasserstoff-Atom in einem
starken magnetischen Feld, die Doppel-Anregung im Helium-Atom, oder
die elektromagnetischen Schwingungen in einem Hohlraum? Die Spurformel vermittelt eine direkte Beziehung zwischen den Energie-Niveaux
(oder Resonanzen) und den klassischen periodischen Bahnen, wobei man
entweder auf Grund der periodischen Bahnen das Spektrum berechnen,
oder das experimentelle Spektrum direkt auf die klassischen Bahnen
zurück führen kann.
Basic Physics in a new light: Atoms, Molecules, and Transition Metals
The elements of the magnetism in Fe, Co, and Ni can be recognized
already in the hydrogen molecule. Two electrons move around freely according to Hund; but according to Heitler they avoid running into each
other inside the same atom. Question: How does a wavefunction look like
for the many electrons in Ni that satisfies both requirements? Another
question: Is it possible to understand classically the spectrum of a few
electrons in various circumstances? For example, the hydrogen atom in
a strong magnetic field, the double excitation in a helium-atom, or the
electromagnetic vibrations in a cavity? The trace formula establishes a
direct relation between the energy levels (or resonances) on one hand
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and the classical periodic orbits on the other hand. It is then generally
possible either to calculate an approximate spectrum with the help of
the periodic orbits, or to analyze an experimental spectrum in terms of
of the classical orbits.
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PV VIII Mi 14:30 Audimax
Heavy Quarks and Leptons in Particle Physics — •Brian Foster — H H Wills Physics Laboratory, Bristol University, UK — Träger
des Max-Born-Preises
The discovery of the first heavy quark, charm, in the so-called ”November Revolution” of 1974 marked a complete change of paradigm in particle physics. The subsequent discovery of the tau heavy lepton and the
bottom and top quarks has served only to heighten the importance of
these particle in our understanding of the fundamental forces of nature.
After a brief historical overview, including those areas with which I have
been involved, I will discuss what we have learnt about the strong interaction through the study of heavy quarks at HERA and about the
difference in the behaviour of matter and anti-matter via the ”B factories” at Stanford and at KEK in Japan. Finally I will look to the
future role of heavy quarks at the Large Hadron Collider and the Linear
Collider, where their importance will, if anything, become even greater.
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PV IX Mi 15:00 Audimax
Relativistische Quantendynamik in extrem starken Laserpulsen — •Christoph H. Keitel — Universität Freiburg — Träger des
Gustav-Hertz-Preises
Die Licht-Materie Wechselwirkung wird untersucht für Situationen des
gemeinsamen Auftretens von extrem starken Kräften in mehrfach und
hoch geladenen Ionen und den derzeit intensivsten Laserpulsen. Dabei
geht es besonders um das genaue Verständnis der resultierenden relativistischen Quantendynamik im Tunnel- und Multiphotonen Bereich wie
um die Optimierung der Erzeugung von hochenergetischen Teilchen und
von kohärentem Röntgenlicht. Aspekte der Rolle des Vakuums sowie der
Hochenergielaserphysik werden abschliessend angesprochen.
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PV X Mi 16:00 Audimax
Aufbau und Charakterisierung eines gepulsten, lasergestützten
Gas-Targets zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung — •C.
Peth, S. Kranzusch, and K. Mann — Laser-Laboratorium Göttingen
e.V., Hans-Adolf-Krebs-Weg 1, 37077 Göttingen — Träger des GeorgSimon-Ohm-Preises
In der Halbleiterindustrie wird zur Strukturierung von Wafern die
optische Projektionslithographie eingesetzt. Die erzielte Auflösung
ist dabei proportional zur verwendeten Wellenlänge, so dass immer kurzwelligere Strahlung verwendet werden muss, um kleinere
Strukturbreiten und somit leistungsfähigere Schaltkreise herstellen zu
können. Stand der Technik ist der Einsatz von Excimer-Lasern mit den
Wellenlängen 248nm, 193nm und demnächst 157nm. Strukturbreiten
deutlich unter 80nm sind allerdings nur von neuartigen Technologien
zu erwarten, von denen die Lithographie im extrem ultravioletten
Spektralbereich (8-40nm) derzeit am Aussichtsreisten ist.
Am Laser-Laboratorium Göttingen werden Strahlungsquellen im extremen Ultraviolett auf Basis laserproduzierter Plasmen zur Charakterisierung von Optiken und Sensoren im Wellenlängenbereich von 11 bis
13nm entwickelt. Die Erzeugung von EUV-Strahlung erfolgt dabei durch
Fokussierung eines gütegeschalteten Nd:YAG-Lasers in einen gepulsten
Gasstrahl. Aufgrund der geringen freien Weglänge der EUV-Strahlung
unter Atmosphärendruck wird das laserproduzierte Plasma unter Vakuumbedingungen bei Drücken von unter 10−5 bar erzeugt. Durch Verwendung der Target-Gase Xenon oder Sauerstoff kann sowohl breit- als auch
schmalbandige EUV-Strahlung gewonnen werden. Eine hohe Konversion
der einfallenden Laserstrahlung in EUV-Strahlung wird erzielt, wenn der
Absorptionsgrad der Laserstrahlung im Targetgas hoch ist. Dazu ist
eine hohe Teilchenzahldichte notwendig, deren Verteilung stark von der
Düsengeometrie des Gas-Targets und vom Gasdruck abhängt.
Zur Charakterisierung der Gasdichteverteilung wurde die RayleighStreuung von kurzwelligem Laserlicht am Gasstrahl gemessen. Verschiedene Düsen wurden getestet, um die Intensität der EUV-Strahlung
sowie die Form, die Abmessungen und die Lagestabilität des Plasmas zu optimieren. Die Charakterisierung des Plasmas hinsichtlich
dieser Größen ist auch für eine effiziente Nutzung der EUV-Strahlung
durch nachfolgende Optiken von großem Interesse. Die Untersuchung
dieser wichtigen Quell-Parameter erfolgte mit einer eigens entwickelten
Lochkamera, die nur im Wellenlängenbereich von 7 bis 17nm empfindlich
ist. Das Prinzip der Lochkamera wurde verwendet, da eine Abbildung
des Plasmas im extrem ultravioletten Spektralbereich mit refraktiven Optiken aufgrund der hohen Absorption der Strahlung in Festkörpern nicht
möglich ist. Des Weiteren wurde auch eine drehbare Lochkamera konstruiert, die eine räumliche und winkel-aufgelöste Untersuchung der Abstrahlcharakteristik des Plasmas erlaubt. Mit dieser Kamera wurde eine
starke azimutale Anisotropie der EUV-Strahlung festgestellt. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit Messungen der Rayleigh-Streuung am Gasstrahl
lieferte die Daten für ein semi-empirisches Modell, das die Anisotropie der
Plasmaemission aufgrund von Reabsorption der Strahlung im Targetgas
erklärt.
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PV XI Mi 16:30 Audimax
Die Entwicklung von Galaxien auf kosmologischen Zeitskalen —
•Uta Fritze – v. Alvensleben — Universitätssternwarte Göttingen
— Trägerin des Hertha-Sponer-Preises
Bodengebundene Grossteleskope der 10m-Klasse und das Weltraumteleskop Hubble zeigen uns die überwältigende Vielfalt naher Galaxientypen in grossem Detail und extrem ferne Galaxien in schnell wachsender Zahl. Informationen im Optischen, NIR, Submm- und Radiobereich
werden ergänzt durch Satellitenbeobachtungen im UV-, Röntgen- und
IR-Bereich. Tiefe Surveys zeigen uns Galaxien über einen gigantischen
Entfernungsbereich und in Entwicklungszuständen, die vom Beginn ihrer ersten Sternentstehung bis zu heutigen Altern reichen, jedoch immer nur in Momentaufnahmen. Informationen über Entwicklungszusammenhänge und Antworten auf die Frage, wie in der zur Verfügung
stehenden Zeit aus einem sehr homogenen Urplasma die heute beobachtete Vielfalt an Galaxien entstehen konnte, können aus diesen Beobachtungen nur durch Vgl. mit detaillierten Modellen zur Galaxienentstehung und -entwicklung gewonnen werden. Diese Modelle müssen Physik
und Chemie des Gases, Staub, den Prozess der Sternentstehung und die
individuelle Entwicklung von Sternen berücksichtigen, sowohl die spektralen als auch die chemischen Eigenschaften der Stern-Gas-Gemische,
wie sie über hochaufgelöste Spektroskopie beobachtet werden können,
über möglichst grosse Wellenlängenbereiche beschreiben und kosmologische Effekte berücksichtigen. Während die ersten Modelle jeweils einen
der 3 Aspekte der Galaxienentwicklung behandelten, versuchen wir heute, die chemische, spektrale und dynamische Entwicklung, die – wie viele
Beobachtungen zeigen – eng miteinander verflochten sind, in konsistenter Weise gemeinsam zu modellieren, die Wechselwirkung von Galaxien
untereinander und mit ihrer Umgebung zu berücksichtigen und die Galaxienentwicklung in kosmologische Strukturbildungsszenarien einzubetten.
The Evolution of Galaxies on Cosmological Timescales
Groundbased 10m class telescopes and the Hubble Space Telescope
show us the overwhelming variety of nearby galaxies in great detail as
well as extremely distant galaxies in rapidly increasing numbers. Optical,
NIR, submm, and radio data are supplemented by satellite observations
at UV, X-ray and IR wavelengths. Deep surveys show galaxies over a
gigantic range of distances and in evolutionary stages ranging from the
onset of star formation all through today’s ages. However, they can only
show a status quo. Information about evolutionary links and an answer
to the question how the presently observed variety of galaxies can have
formed out of the very homogeneous plasma in the early Universe can
only be obtained from a comparison of these observations with detailed
models describing the formation and evolution of galaxies. These models
must account for the physical conditions and chemical composition of
the gas and dust, describe the process of star formation and the individual evolution of all the stars. They have to describe the spectral as
well as the chemical properties of the mixture of stars and gas, which is
accessible to high resolution spectroscopy, cover a large wavelength range
and include cosmological effects. While the first galaxy evolution models
could only describe either of the three aspects of galaxy evolution, we try
today to model the spectral, chemical and dynamical evolution aspects
in a consistent way as observations indicate how intimately they are coupled. Interactions among galaxies as well as between galaxies and their
environment are investigated and galaxy evolution is beginning to be
embedded into the larger framework of cosmological structure formation
scenarios.
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PV XII Mi 17:00 Audimax
Stimulierte Raman-Streuung mit adiabatischer Passage: Neue
Möglichkeiten bei der Manipulation von Atomen und Molekülen durch Laserstrahlung — •Klaas Bergmann — Fachbereich Physik der Universität, 67663 Kaiserslautern — Träger des RobertWichard-Pohl-Preises
Die seit etwa 1990 entwickelte Technik der stimulierten RamanStreuung mit adiabatischer Passage (STIRAP) [1,2] erlaubt vollständigen
Transfer der Besetzung eines Quantenzustandes QZ1 in einen anderen
Quantenzustand QZ3 oder eine kohärente Überlagerung von Zuständen.
Wesentliches Element dieses Prozesses ist eine resonante oder nahezu
resonante Kopplung der langlebigen QZ1 und QZ3 jeweils durch einen
1-Photonen-Prozess an einen Zwischenzustand QZ2. Letzterer Zustand
hat in der Regel eine Lebensdauer τ der Größenordnung 10 ns und kann
in eine Vielzahl von Niveaus zerfallen. Wenn jedoch die Frequenz der
Photonen der beiden Laser die 2-Photonen-Resonanz für den Übergang
von QZ1 nach QZ3 erfüllt, und wenn die Laser zeitlich in geeigneter
Weise verzögert auf das Atom oder Molekül einwirken, ist vollständiger
Besetzungstransfer von QZ1 nach QZ3 möglich, auch wenn die beiden
Strahlungsfelder in Resonanz mit dem Übergang nach QZ2 sind. Der
Verlust durch Emission aus QZ2 in andere Niveaus wird unterbunden;
auch dann, wenn die Wechselwirkungsdauer wesentlich länger als τ ist.
Die Physik, welche diesem erstaunlichen Phänomen zugrunde liegt,
sowie der enge Zusammenhang mit den sog. Dunkelresonanzen und
dem Prozess der elektromagnetisch induzierten Transparenz, soll ebenso
erläutert werden, wie die vielfältigen inzwischen realisierten Varianten
von STIRAP und deren Anwendung in der Streuphysik, der Atom- und
Quantenoptik sowie der Festkörperphysik.
[1] U. Gaubatz, P. Rudecki, S. Schiemann, and K. Bergmann, ”Population Transfer Between Molecular Vibrational Levels by Stimulated Raman
Scattering with Partially Overlapping Laser: A New Concept and Experimental Results” J. Chem. Phys. 92, 5363-5376 (1990)
[2] N.V. Vitanov, M. Fleischhauer, B.W. Shore, and K. Bergmann, ”Coherent Manipulation of Atoms and Molecules by Sequential Pulses” in:
Advances of Atomic, Molecular, and Optical Physics, 46, 55 - 190 (2001)
(eds. B.Bederson, H.Walther, Academic Press)
Plenarvortrag
PV XIII Mi 20:00 Audimax
Ultrakalte Quantengase – die kälteste Materie im Universum
— •Wolfgang Ketterle — MIT, Cambridge, Massachusetts, USA
— Öffentlicher Abendvortrag
Was passiert, wenn ein Gas bis zum absoluten Nullpunkt abgekühlt
wird? Es öffnet sich ein neues Fenster in die Quantenwelt, da alle Atome
beginnen, im Gleichschritt zu marschieren“, sie bilden eine riesige Ma”
teriewelle das Bose-Einstein-Kondensat. Dieses Phänomen wurde 1925
von Albert Einstein vorhergesagt, aber erst 1995 beobachtet. Diese neue
Form von Materie hat bemerkenswerte Eigenschaften. Die Atome verhalten sich wie eine Lichtwelle im optischen Laser – dies hat zur Entwicklung
von Atomlasern geführt, intensiven Quellen von kohärenten Materiewellen, und auch zur Beobachtungg von Superfluidität und quantisierten
Vortices.
Plenarvortrag
PV XIV Do 09:00 Audimax
Laserspektroskopie molekularer Cluster — •Klaus MüllerDethlefs — Chair of Physical Chemistry, Department of Chemistry,
The University of York, Heslington, York, YO10 5DD, Großbritannien
Molekulare Cluster, produziert im Überschall-Molekülstrahl, sind ideale Modellsysteme zur Untersuchung nicht-kovalenter Wechselwirkunken,
die für die Struktur und Dynamik komplexer Systeme, wie Flüssigkeiten
und Biomoleküle, von entscheidender Bedeutung sind. Die intermolekularen Van der Waals und Wasserstoffbrückenbindungen und die intermolekularen Schwingungen können in molekularen Clustern präzise und
aussagekräftig mit modernen Methoden der optischen Laserspektroskopie
untersucht werden. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden große Fortschritte mit der resonanten Mehrphotonenionisation (REMPI), der Zero Electron Kinetic Energy (ZEKE) Photoelektronenspektroskopie, der
UV oder IR Lochbrennspektroskopie sowie, neben der Mikrowellenspektroskopie, mit der Terahertz und IR Spektroskopie erzielt. Diese experimentellen Fortschritte wurden begleitet von immensen Fortschritten
quantenmechanischer ab initio Methoden zur Berechnung von Potentialflächen, die heute aussagekräftige Ergebnisse auch für größere Cluster
liefern. Der Plenarvortrag zeigt an verschiedenen Beispielen auf, wie die
experimentelle und theoretische Methodenentwicklung zu einem wesentlich besseren Verständnis molekularer Cluster bis hin zu großen mikrosolvatierten Biomolekülen geführt hat und wie diese Ergebnisse auf noch
komplexere Systeme angewendet werden können.
[1] C. E. H. Dessent and K. Müller-Dethlefs, Hydrogen-Bonding and Van
der Waals Complexes Studied by ZEKE and REMPI Spectroscopy Chem.
Rev. 100, 3999 (2000)
[2] K. Müller-Dethlefs and P. Hobza, Non-covalent Interactions: A Challenge to Experiment and Theory Chem. Rev. 100, 143 (2000)
Plenarvortrag
PV XV Do 09:45 Audimax
Klimawandel und Wetterextreme — •Hartmut Graßl — Meteorologisches Institut, Universität Hamburg — Max-Planck-Institut für
Meteorologie, Bundesstr. 55, D-20146 Hamburg
Der beobachtete Klimawandel führt unweigerlich zu veränderter Klimavariabilität, die in den großen Abweichungen vom langjährigen Mittelwert die Wetterextreme enthält. Da die Menschheit den Klimawandel
wesentlich verursacht und höchstwahrscheinlich beschleunigt, muss unsere Infrastruktur neu geschützt werden. Nach einer Darstellung beobachteter Klimavariabilität, von deren Trends und deren hochgerechneter
Veränderung, werden Hinweise für einen verbesserten Schutz vor Wetterextremen gegeben, die lokales Anpassen und globale Abwehr vereinen.
Plenarvortrag
PV XVI Fr 09:00 Audimax
Wie macht man das Fluoreszenzmikroskop schärfer? Fernfeldmikroskopie jenseits der Abbe-Grenze — •Stefan W. Hell —
MPI Biophysikalische Chemie, Göttingen
Seit Ernst Abbes Arbeiten gilt gemeinhin, daß in einem fokussierenden Lichtmikroskop keine Auflösungen von besser als einer halben Wellenlänge, erzielt werden können. In einem konfokalen Mikroskop, dem
zur Zeit schärfsten Standard-Lichtmikroskop, erreicht man bestenfalls
Auflösungen von 150 nm in der Fokalebene und von 500 nm entlang
der optischen Achse. Enger benachbarte Objekte können nicht mehr als
getrennt wahrgenommen werden. Die Beugungsgrenze ist für die biologische Grundlagenforschung besonders nachteilig, weil nur fokussiertes,
sichtbares Licht das Innere lebender Zellen abbilden kann. Wir berichten über physikalische Konzepte, die eine fundamentale Steigerung der
Auflösung in der – für die Biologie sehr wichtigen – Fluoreszenzmikroskopie ermöglichen. Wir erläutern die physikalischen Effekte, die zur
Überlistung der Beugungsgrenze führen, und zeigen erste Experimente
zur Fluoreszenzmikroskopie mit 30-50 nm Auflösung, entsprechend etwa
einem Zwangzigstel der Wellenlänge.
Plenarvortrag
PV XVII Fr 09:45 Audimax
Reducing Stockpiles and Use of Highly-Enriched Uranium —
•Frank von Hippel — Program on Science and Global Security,
Princeton University, USA
It would be relatively easy for terrorists to make a nuclear explosive
out of highly-enriched uranium (HEU, containing more than 20% U-235)
- especially out of weapon-grade uranium (WgU, > 90% U-235). Because of very low spontaneous neutron production in metallic uranium,
it is possible to assemble a supercritical mass of 50-100 kg of WgU with
a simple ”gun-type” design with a low probability of a premature start
of the fission chain reaction.
About 1000 t of WgU have become excess as a result of the downsizing of the Russian and U.S. nuclear arsenals. The U.S. has agreed to
purchase 500 t from Russia after dilution to the 4-5% U-235 mixture used
in power-reactor fuel. About 200 t of excess U.S. HEU is being blended
down for such use. The U.S. is putting most of its own excess WgU in
storage, however, for future use in naval-reactor fuel.
While most of the world’s HEU is in nuclear weapons and associated
facilities, tens of tons exist in about 100 civilian research institutes worldwide where security is typically weak. Retrieval of the spent HEU fuel
at these facilities - and of the fresh HEU fuel of shut-down facilities and conversion of still-operating facilities to low-enriched uranium (LEU)
should be among the most urgent tasks for our anti-terrorist efforts.
A final focus should be on converting naval and Russian ice-breaker
reactors to LEU. At least some of France’s nuclear submarines already
use LEU.
Akustik
Tagesübersichten
AKUSTIK (AK)
Dr. Sigrun Hirsekorn
Fraunhofer-Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren
Universität Saarbrücken
Geb. 37
66123 Saarbrücken
E-Mail: [email protected]
ÜBERSICHT DER HAUPTVORTRÄGE UND FACHSITZUNGEN
(Hörsaal F 428)
Hauptvorträge
AK 1.1
Fr
AK 1.2
Fr
AK 2.1
AK 2.2
Fr
Fr
11:00 (F 428) Erdbeben - Herdphysik,
Wellenausbreitung,
Schadenswirkung,
Friedemann Wenzel
11:45 (F 428) Eine akustisch-tomographische Untersuchungsmethode zur Sondierung
bodennaher Luftschichten, Astrid Ziemann, Klaus Arnold, Armin Raabe
14:00 (F 428) Akustische Messverfahren in der Limnophysik, Bertram Boehrer
14:45 (F 428) Wasserschall und seine Anwendungen in der Meeresforschung,
Dirk Tielbürger
Fachsitzungen
AK 1 Akustik in der Umweltphysik I
AK 2 Akustik in der Umweltphysik II
AK 3 Akustik in der Umweltphysik III
Fr 11:00–12:30
Fr 14:00–15:50
Fr 16:30–17:10
F 428
F 428
F 428
AK 1.1–1.2
AK 2.1–2.3
AK 3.1–3.2
Akustik
Freitag
Fachsitzungen
– Fach-, Kurzvorträge und Posterbeiträge –
AK 1 Akustik in der Umweltphysik I
Zeit: Freitag 11:00–12:30
Raum: F 428
Hauptvortrag
AK 1.1 Fr 11:00 F 428
Erdbeben - Herdphysik, Wellenausbreitung, Schadenswirkung
— •Friedemann Wenzel — Geophysikalisches Institut, Universitaet
Karlsruhe, Hertzstr. 16, 76187 Karlsruhe
Tektonische Erdbeben sind Bruchvorgaenge in Erdkruste und -mantel,
wobei sich die Bruchfront fast mit der Geschwindigkeiten elastischen
Scherwellen ausbreitet. Beteiligte Energieformen sind potentielle (elastische und gravitative) Energie, Waerme, Oberflaechenenergie, und die
abgestrahlte sog. ’seismische Energie’. Nur letztere ist seismologisch
messbar, erlaubt aber dennoch Rueckschluesse auf die Herdprozesse. Die
Wellenausbreitung vom Erdbebenherd folgt i.d.R. der linearen elastischen
Bewegungsgleichung. In weichem Material, wie es sich an der Erdoberflaeche haeufig findet, koennen signifikante nicht-lineare Effekte wie Bodenverfluessigung und induzierte Hangrutschungen auftreten. Bei Beben beobachtete Schadenswirkungen sind das Ergebnis einer komplexen
Wirkungskette die vom Herd, ueber Fokussierungseffekte der Wellenausbreitung, ueber nicht-lineares Bodenverhalten, bis zu nicht-linearem Verhalten von Bauwerken reicht. Wir beginnen heute diese Kette zu verstehen und fuer die quantitative Schadensprognose und Schadensminderung
nutzbar zu machen.
Eine aktuelle Fragestellung in den Umweltwissenschaften besteht darin, die für natürliche Landschaften charakteristische Inhomogenität von
Oberflächeneigenschaften in den Parametern des Energietransports zu
bestimmen.
Ein relativ neuer Weg, die gesuchten Temperatur- und Windfelder ohne eine Beeinflussung des Messgebietes zu sondieren, ist die Anwendung
einer akustischen Laufzeittomographie. Das tomographische Mess- und
Analysesystem wurde bei mehreren Feldexperimenten eingesetzt. Die damit verbundenen Untersuchungen zur raum-zeitlichen Auflösung und zur
Unbestimmtheit der Ergebnisse haben gezeigt, dass mit dem tomographischen Verfahren Werte der Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit mit
einer Genauigkeit bestimmt werden können, die mindestens derjenigen
anderer Fernerkundungsverfahren entspricht. Die akustische Tomographie bietet damit die Möglichkeit, eine Atmosphärenschicht über einer
Oberfläche mit einer horizontalen Ausdehnung von bis zu 500 × 500 m2
in einer Auflösung bis zu einigen Dekametern zu untersuchen und damit
Aussagen zur Repräsentativität von Punktmessungen oder zur Validierung von Atmosphärenmodellen zu liefern.
Hauptvortrag
AK 1.2 Fr 11:45 F 428
Eine akustisch-tomographische Untersuchungsmethode zur
Sondierung bodennaher Luftschichten — •Astrid Ziemann,
Klaus Arnold und Armin Raabe — Institut für Meteorologie,
Universität Leipzig, Stephanstr. 3, 04103 Leipzig
AK 2 Akustik in der Umweltphysik II
Hauptvortrag
AK 2.1 Fr 14:00 F 428
Akustische Messverfahren in der Limnophysik — •Bertram
Boehrer — UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH,
Gewässerforschung Magdeburg
Schallwellen können im Wasser über lange Distanzen laufen und
recht zuverlässig gemessen werden. Damit eignet sich Schall zur Signalübertragung. Die Schallgeschwindigkeit ist direkt verknüpft mit
Dichte und adiabatischer Kompressibilität des Wassers. In Gewässern
variiert die Schallgeschwindigkeit im Bereich von mehreren Prozenten
und ist auf Grund von Temperatur- und Salinitätsverteilung meistens
weit besser bekannt. Aus der Laufzeit eines Signals können zum Beispiel freie Driftkörper geortet und in ihrer Bewegung verfolgt werden.
Sind Sender und Empfänger identisch kann aus der Laufzeit eines Signals die Entfernung der Rückstreuung bestimmt werden, was für Echolotung des Untergrunds aber auch zur Identifikation von Fischschwärmen
genutzt wird. Die Stärke des rückgestreuten Signals erlaubt eventuell
Rückschlüsse über Konzentrationen von Schwebstoffen, oder Beschaffenheit des Untergrunds. Bewegen sich die reflektierenden Partikel, z.B.
Plankton oder anorganische Partikel relativ zum Sender dann weist das
rückgestreute Signal eine Dopplerverschiebung auf, die zur Geschwindigkeitsmessung genutzt werden kann. Akustische Strömungsmesser können
weit über 100m Wassersäule überwachen. Andererseits kann man bei
präziser Messung der Schallgeschwindigkeit auf die Temperaturverteilung schließen. Misst man zusätzlich die akustische Impedanz so erreicht
man eine direkte in-situ-Dichtemessung.
Hauptvortrag
AK 2.2 Fr 14:45 F 428
Wasserschall und seine Anwendungen in der Meeresforschung
— •Dirk Tielbürger — Forschungsanstalt der Bundeswehr für Wasserschall und Geophysik, Klausdorfer Weg 2-24, 24148 Kiel
Wasserschall ist ein wesentliches Mittel für die Untersuchung von Ei-
Raum: F 428
genschaften des Meeres, da elektromagnetische Wellen im salzhaltigen
Wasser kaum eindringen können. Selbst das Licht kann im optischen
Fenster des Wassers (in Abhängigkeit von der Trübung und aufgrund
der Streueffekte) nur auf der Skala von Metern benutzt werden. Demgegenüber wird Wasserschall auf der Skala von Kilometern eingesetzt und
kann unter günstigen Bedingungen sogar globale Distanzen überwinden.
Im Vortrag wird auf die Anwendung des Wasserschalls zur Ortung von
Objekten im Wasser (Sonar) eingegangen. Ein Schwerpunkt wird die
Schallausbreitung selbst sein. Dabei werden Umwelteinflüsse wie Blaseneinschlag und Meeresbodeneigenschaften vorgestellt, die die Schallausbreitung beeinflussen und die auch selbst mittels des Schalls untersucht werden können. Es wird auf die Einwirkungen von Sonar auf Meeressäuger eingegangen.
AK 2.3 Fr 15:30 F 428
Beitrag der Hydroakustik zur Überwachung des Atomteststopps — •Hans G. Schneider und Lothar Ginzkey — Forschungsanstalt der Bundeswehr für Wasserschall und Geophysik, Klausdorfer Weg 2-24, 24148 Kiel
Zur Überwachung des Atomteststopps (CTBT = Comprehensive Test
Ban Treaty) wird ein weltweites Netz von Messstationen aufgebaut, das
zum einen ausfallende Radionukleide misst und zum anderen die Schockwellen in der Erdkruste, in der Luft und im Wasser nachweist. Während
auf dem Land 170 seismische Arrays vorgesehen sind, um eine gute Lokalisierung einer Explosion zu gewährleisten, sind für die Überwachung der
Weltmeere nur 11 Hydroakustische Stationen ausreichend. Diese geringe
Anzahl ist durch die guten Schallausbreitungsbedingungen in den tiefen
Ozeanen (tiefer Schallkanal) begründet. Es werden die physikalischen
Grundlagen der hydroakustischen Überwachungskomponente berichtet,
auf die Problematik der Klassifizierung (Verwechselung mit Erdbeben
und unterseeischen Vulkaneruptionen) eingegangen und das Konzept einer autonomen Boje als Ersatzstation vorgestellt.
Akustik
Freitag
AK 3 Akustik in der Umweltphysik III
AK 3.1 Fr 16:30 F 428
Vergleich physikalischer Berechnungen der Schallausbreitung
im Freien mit technischen Prognoseprogrammen für die Schallimmission. — •Volker Mellert1 und Rainer Matuschek2 —
1
Universität Oldenburg, Physik, Akustik, 26111 Oldenburg — 2 ITAP
GmbH, Carl-von-Ossietzky-Str. , 26129 Oldenburg
In den verschiedenen Ländern der EU haben sich über Jahre eigene
Richtlinien und Prognoseprogramme für die Schallimmission entwickelt.
Es besteht der Bedarf, europaweit die Schallausbreitung im Freien zum
Zwecke der Immissionsprognose mit einer einheitlichen Richtlinie zu berechnen. Diese Richtlinie sollte statt empirischer Formeln eher physikalisch begründete Variablen zur Berücksichtigung von z.B. meteorologischen Bedingungen und der Bodenimpedanz enthalten. Es wurden einfache Modellsituationen numerisch mit Hilfe eines ”Fast Field Program”
untersucht. Ziel dieser ”exakten” Berücksichtigung meteorologischer und
Bodenimpedanzbedingungen ist die Prüfung, inwieweit die empirischen
Ausbreitungsformeln die ”tatsächlichen” Bedingungen der Schallausbreitung einbeziehen, für die sie ausgelegt wurden. Das Ergebnis zeigt die
überaus gute Näherung der bekannten Richtlinien an die wirkliche Wellenausbreitung unter den gegebenen meteorologischen Bedingungen.
AK 3.2 Fr 16:50 F 428
Zur Korrelation von Lärm- und Partikelemission –
Überlegungen zur Strategie von Langzeitmessungen —
•Peter Holstein1 , David Mackenzie1 , Michael Koch1 und
Ulrich Franck2 — 1 SINUS Messtechnik GmbH, Föpplstr. 13, 04347
Leipzig — 2 Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH
Raum: F 428
Die Ursachen von Lärm und anderen Belastungsarten in Städten sind
ebenso komplex wie deren Bewertung. Voraussetzungen für eine objektive Erfassung sind ein entsprechendes Netz von Messstellen und eine
ausreichende Dauer der Messungen. Diese Studie soll dazu beitragen,
den Zusammenhang solcher unterschiedlicher Belastungstypen zu erfassen. Sie beinhaltet auch die komplexere Auswertung akustischer Ereignisse sowie zeit- und größenaufgelöster Partikelkonzentrationen. Neben
der Bedeutung für Gesundheit und Wohlbefinden weist Lärm auch eine beträchtliche ökonomische Relevanz auf. Nicht nur in Städten, die
über einen großen Wohnungsüberschuss verfügen, sind extrem von Verkehrslärm und -abgasen betroffene Straßenzüge von einem auffälligem
Leerstand gekennzeichnet. Interessant ist auch der Zusammenhang zwischen Lärmbelastung und anderen Belastungstypen. Da Fahrzeuge mit
Verbrennungsmotoren vor allem unter dem Aspekt der Dauerbelastung
zu den Hauptverursachern von Verkehrslärm gehören, ist bei einem
erhöhtem Lärmpegel auch mit einer steigenden Belastung durch Abgase
und luftgetragene Partikel zu rechnen. Die experimentelle Studie wird
von Simulationen zur Korrelation physikalisch verschiedener Belastungen unterstützt. Die Studie zeigt, dass experimentelle Daten nach wie
vor entweder die Basis für die Bewertung von Umwelteinflüssen oder unerlässliche Ergänzungen zu numerischen Belastungsprognosen sowie zur
Validierung der eingesetzten Berechnungsmodelle sind. Die Korrelation
verschiedener Belastungsarten wird diskutiert und entsprechend ausgewertet.
Atomphysik
Tagesübersichten
ATOMPHYSIK (A)
Prof. Dr. H. Schmidt-Böcking
Institut für Kernphysik
Universität Frankfurt
August-Euler-Straß 6
60486 Frankfurt
(Hörsäle F128 und F342)
Hauptvorträge
AI
Mo
A II
Mo
A III
A IV
Mo
Mo
AV
Mo
A VI
Mo
A VII
A VIII
Mo
Mo
A IX
Di
AX
Di
A XI
Di
A XII
Di
A XIII
Do
A XIV
Do
A XV
Do
14:00 (F342)
Excitation and Fragmentation: Seventy years of Entangled States.,
John Briggs
14:30 (F342) Localization and delocalization of core holes in photo excited molecules,
Svante Svensson
15:00 (F342) Doppel-Auger-Zerfälle, Jens Viefhaus
15:30 (F342) Zirkulardichroismus bei der Photoionisation polarisierter Atome und
Photofragmentation chiraler Moleküle, Georg Prümper, Sophie Kröger, Ralf
Müller, Jens Viefhaus, Michael Martins, Slobodan Cveanovic, Daniel Rolles, Toralf
Lischke, Peter Zimmermann, Uwe Becker
16:30 (F342) Elektronische Struktur der 3d Metallatome – Einfluß von Korrelationseffekten und Multiplettstruktur, Michael Martins
17:00 (F342) Korrelative Prozesse bei resonanten Angeregungen in Edelgasatomen,
Arno Ehresmann, B. Zimmermann, Sven Kammer, S. Mickat, R. Schill, D. Hasselkamp, K.-H. Schartner, B. Lagutin, V. Sukhorukov, Ph. Demekhin, I. Petrov, J.
Schutov, M. Schlüter, L. Werner, S. Klumpp, H. Schmoranzer
17:30 (F342) Photoionisation von Ionen: zeitgespiegelter Elektroneinfang, Alfred Müller
18:00 (F342) Ein- und Zweielektronenemission in der Photoionisation von einfachen
raumfesten Molekülen , Thorsten Weber, Reinhard Dörner, Achim Czasch, Till
Jahnke, Lothar Schmidt, Allen Landers, Timur Osipov, Lew Cocke, Ottmar Jagutzki, Mike Prior, Horst Schmidt-Böcking
14:00 (F342) Production of cold antihydrogen atoms in ATHENA, Rolf Landua,
ATHENA/AD-1 - Kollaboration
14:30 (F342) Der atomare Doppelspalt: Interferenzen beim Elektroneneinfang und
Zerfall angeregter Atome, Stephan Fritzsche
15:00 (F342) Detailed laser spectroscopy studies of Rydberg series and narrow autoionizing resonances in gadolinium, Klaus Blaum, Bruce Bushaw, Wilfried
Nörtershäuser, Klaus Wendt
15:30 (F342) Relativistische Quantendynamik beim Einfang von Elektronen in hochgeladene Ionen, Stöhlker Thomas
11:00 (B305) Elektroneninduzierte Prozesse in freien und gebundenen Molek ülen,
Eugen Illenberger
11:30 (B305) Chemistry with Electrons: Modification of Surfaces and Thin Films,
Petra Swiderek
12:00 (B305) Resonanz- und Schwellenphänomene bei der niederenergetischen Elektronenanlagerung an Moleküle und Cluster, Martin-W. Ruf
Atomphysik
A XVI
Do
A XVII
Fr
A XVIII
Fr
A XIX
Fr
A XX
Fr
Tagesübersichten
12:30 (B305) Inelastische Stoßprozesse langsamer Elektronen mit Molek ülionen,
A. Wolf, S. Krohn, H. Kreckel, L. Lammich, M. Lange, D. Schwalm, D. Strasser, D.
Zajfman
11:00 (F342) Winkel- und spinaufgelöste Zweielektronenemission (Photoelektron, Augerelektron), Ulrich Heinzmann
11:30 (F342) Atoms in half-cycle pulses: a laboratory for wavefunction tayloring, coherent control, and quantum chaos, Joachim Burgdoerfer, D. Arbo, E. Persson,
S. Puschkarski, C.O. Reinhold, S. Yoshida
12:00 (F342) Attosecond entanglement of protons - Neutron and electron Compton
scattering results, C. Aris C.-Dreismann, Tyno Abdul-Redah, Maarten Vos
12:30 (F342) Kartierung
der
Dynamik
des
Herzmagnetfeldes
mit
einem
Zimmertemperatur-Magnetometer, Weis Antoine, Georg Bison, Robert
Wynands
Fachsitzungen
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
1
2
5
6
7
8
10
11
13
14
15
16
17
19
Hochauflösende Spektroskopie 1
Multiphotonprozesse 1
Atome in äusseren Feldern
Ion-Molekülwechselwirkung
Elektronenstreuung
Atom–Atom/Molekülstöße
Photoionisation
Postersitzung 1
Cluster und Potentialstreuung
Fallen und Kühlung von Atomen und Ionen
Atomspektroskopie 2
Multiphotonprozesse 2
Postersitzung 2
Experimentelle Verfahren und Ion–Festkörperwechselwirkung
A 20 Elektronenrekombination
A 21 Ultraschnelle Phänomene + Spektroskopie 2
Mitgliederversammlung des Fachverbands Atomphysik
Di 12:15–12:45
F128
Tagesordnung:
1. Bericht des Fachverbandleiters
2. Tagungen 2004-6
3. Verschiedenes
Anregungen fuer weitere Topics bitte an den Fachverbandleiter
Mo
Mo
Mo
Mo
Di
Di
Di
Di
Do
Do
Do
Do
Do
Fr
11:00–12:30
11:00–12:30
14:00–15:45
16:30–18:30
11:00–12:15
11:00–12:15
14:00–15:45
16:00–18:30
11:00–12:30
11:00–12:45
14:00–16:00
14:00–16:00
16:00–18:30
11:00–12:30
Fr 14:00–16:00
Fr 14:00–15:00
F342
F128
F128
F128
F342
F128
F128
Poster
F128
F342
F342
F128
Poster
F128
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
1.1–1.6
2.1–2.6
5.1–5.7
6.1–6.8
7.1–7.5
8.1–8.5
10.1–10.7
11.1–11.37
13.1–13.6
14.1–14.7
15.1–15.7
16.1–16.8
17.1–17.36
19.1–19.6
F342
F128
A 20.1–20.8
A 21.1–21.4
Atomphysik
Hauptvorträge
Hauptvorträge
Hauptvortrag
A I Mo 14:00 F342
Excitation and Fragmentation: Seventy years of Entangled
States.
— •John Briggs — Theoretische Quantendynamik,
Physikalisches Institut, Universität Freiburg, 79104 Freiburg
A collision complex in atomic and molecular physics, whether produced by particle or photon collision is the classic case of the formation
of an entangled state in quantum physics. The complex has typically
many fragmentation channels open and which state is realised is dictated by which states or fragments are detected ’down-line’ in the experiment. The theoretical description of such complexes, usually known as
the ’close-coupling method’ was given as early as 1931 in the book ’Theory of Atomic Collisions’ by Mott and Massey. Recent developments in
multi-particle coincident detection techniques have enlarged the possibilities of the detection of quantum coherences in collision complexes. The
talk will review classic experiments in the field and discuss modern developments which, for example, have opened up the prospects of studying
decoherence, localisation and EPR-type correlations directly with material particles.
Hauptvortrag
A II Mo 14:30 F342
Localization and delocalization of core holes in photo excited
molecules — •Svante Svensson — Dept. of Physics, Box 530, S-751
21 Uppsala, SCHWEDEN
A short review of the last thirty-five years of the fascinating story of
localization of core holes in molecules will be given, with a short reference
to applications in various fields of materials science. The main part of
the talk will be focussed on the development during the last few years,
when third generation Synchrotron Radiation facilities have opened up
the possibility to study localization properties of core holes in great detail
by electron and ion spectroscopy. A few topics will be covered:
–
–
–
–
–
–
ing
–
Effects of delocalization on core ionized states of molecules
The symmetry ”purification” in the O1s XES spectrum of oxygene
The Auger Doppler effect - electron and ion spectroscopy results.
The Collapse of vibrational structure
”Interference quenching” in resonant Auger spectra of molecules
”Atomic Holes” in resonant Auger spectra from ultra-fast dissociatmolecules
Recent results from rare gas clusters
Hauptvortrag
A III Mo 15:00 F342
Doppel-Auger-Zerfälle — •Jens Viefhaus — Fritz-Haber-Institut
der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Der Zerfall eines Innerschalenlochs führt entweder zu einer Emission
eines Fluoreszenzquants oder eines sogenannten Auger-Elektrons.
Neben dem normalen Auger-Prozess, bei dem das emittierte Elektron
eine charakteristische, diskrete kinetische Energie besitzt, wurde schon
in den 60er Jahren die simultane Emission von zwei Auger-Elektronen
vorhergesagt[1]. Da bei diesem Doppel-Auger-Prozess die zur Verfügung
stehende kinetische Energie beliebig aufgeteilt werden kann und die individuellen Auger-Elektronen damit keine diskrete kinetische Energie mehr
haben, sondern vielmehr einen kontinuierlichen Intensitätsverlauf besitzen, konnten sie bisher direkt als koinzidente Ereignisse nicht nachgewiesen werden.
Mittels einer Elektronen-Flugzeit-Spektrometer-Apparatur konnten
erstmals derartige koinzidente Winkel- und Energieverteilungen der beiden Doppel-Auger-Elektronen beim Zerfall von innerschalenangeregtem
Neon und Argon gemessen werden. Messungen dieser Art erlauben
die Charakterisierung eines Zwei-Elektronen-Kontinuumszustands,
dessen Symmetrie-Eigenschaften - anders als bei den durch DoppelPhotoionisation erzeugten Zwei-Elektronen-Kontinuumszuständen nicht durch die Eigenschaften des Photons entscheidend geprägt werden.
[1] T. A. Carlson and M. O. Krause, Phys. Rev. Lett. 17, 1079 (1966).
Hauptvortrag
A IV Mo 15:30 F342
Zirkulardichroismus bei der Photoionisation polarisierter
Atome und Photofragmentation chiraler Moleküle — •Georg
Prümper1 , Sophie Kröger2 , Ralf Müller2 , Jens Viefhaus1 ,
Michael Martins3 , Slobodan Cveanovic1 , Daniel Rolles1 ,
Toralf Lischke1 , Peter Zimmermann2 und Uwe Becker1
— 1 Fritz Haber Institut der MPG, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin,
Germany — 2 Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, Technische
Universität Berlin, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin, Germany —
3
Universit*t Hamburg, Institut für Experimentalphysik, Luruper
Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany
Es wurden Messungen der totalen und partiellen Ionenerzeugungsrate
bei der Photoionisation von polarieten Chrom- und Eisenatomen durchgeführt. Sie erlauben den direkten Vergleich mit Absorptionsmessungen
an magnetischen Festkörpertargets. Diese Messungen erfolgenten mit
einen Ionen- Flugzeitspektrometer und einem Umschalten der Target
und/oder Lichtpolarisation. Die gleiche experimentelle Methode wurde zur Untersuchung der Photoionisation und Photofragmentation von
Aminosäuren angewand. Zirkulardichroismus unausgerichteter chiraler
Targets kann innerhalb der Dipolnäherung nicht auftreten und ist daher
in der Regel deutlich kleiner als der Zirkulardikroismus polarisierter oder
teilweise ausgericheter Targets. Anhand der experimentellen Ergebnisse
wird die Möglichkeit des Enantio-selektiven Abbaus von Aminosäuren
mit UV und VUV Licht diskutiert.
Hauptvortrag
A V Mo 16:30 F342
Elektronische Struktur der 3d Metallatome – Einfluß von
Korrelationseffekten und Multiplettstruktur — •Michael
Martins — Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg,
Kuruper Chaussee 149, D-22761 Hamburg
Die 3d Metalle (Sc . . . Ni) sind von großer technologischer Bedeutung, insbesondere durch ihre magnetischen Eigenschaften. Zur Analyse
komplexer 3d Materialen wird häufig die elementspezifische Rumpfniveauspektroskopie eingesetzt, deren Ergebnisse oft mit Einelektronenmodellen erklärt werden [1]. Bei diesen wird die gesamte Wechselwirkung des Rumpflochs mit den Valenzelektronen vernachlässigt. Mit Hilfe hochauflösender Photoelektronenspektroskopie an freien 3d Metallatomen kann nun die Wechselwirkung eines Rumpflochs mit den Valenzelektronen detailiert zu studieren. Durch Vergleich mit HF und CI Rechnungen kann gezeigt werden, daß sich die 2p Anregung weitgehend in
einer Einkonfigurationsnäherung beschreiben läßt. Die beobachteten Satellitenstrukturen können durch die Umkopplung der Valenzelektronen
erklärt werden, die zu einer starken Rumpfloch-Valenzelektronen Wechselwirkung führt. Diese Wechselwirkung domiert insbesondere das Dichroismspektrum von polarisierten Cr Atomen [2]. Für den Fall der 3p
Photoemission kann gezeigt werden, das dort insbesondere die Linienbreiten der Photolinien stark durch Korrelationseffekte beeinflußt werden. Dies könnte die Ursache, für die in 3p Metallspektren fehlenden
Low Spin Komponenten sein.
[1] G. van der Laan, Phys. Rev. B 51, 240 (1995)
[2] Ph. Wernet et. al, Phys. Rev. A 64, 042707 (2001)
Hauptvortrag
A VI Mo 17:00 F342
Korrelative Prozesse bei resonanten Angeregungen in Edelgasatomen — •Arno Ehresmann1 , B. Zimmermann2 , Sven Kammer2 , S. Mickat2 , R. Schill2 , D. Hasselkamp2 , K.-H. Schartner2 , B. Lagutin3 , V. Sukhorukov3 , Ph. Demekhin3 , I. Petrov3 ,
J. Schutov1 , M. Schlüter1 , L. Werner1 , S. Klumpp1 und H.
Schmoranzer1 — 1 FB Physik Univ. Kaiserlautern — 2 I. Phys. Inst.
JLU Giessen — 3 Rostov State University, Rostov
Experimentelle Untersuchungen von photonen-induzierten Prozessen
höherer Ordnung lassen sich erst seit Realisierung der Synchrotronstrahlungsquellen in dritter Generation im Bereich der Ionisationsschwellen
der Edelgase mit sehr schmaler Anregungsbandbreite durchführen. Resonante Zwei-Elektronenanregungen, deren Energien und Zerfallskanäle
damit bestimmbar werden, gehören zu diesen Prozessen, bei denen die
theoretische Beschreibung über die Näherung unabhängiger Elektronen
hinaus zu gehen hat. Ihre weitgehende experimentelle Analyse erlaubt
Atomphysik
eine empfindliche Überprüfung der grundlegenden aber auch komplexen
Behandlung der Elektronenkorrelationen. Vor diesem Hintergrund werden Struktur und Dynamik von Autoionisation und resonantem Augerzerfall in np4 ms/mp Satelliten mittels photoneninduzierter Fluoreszenzspektroskopie und Polarimetrie bestimmt. Relative Anteile der Elektronenpartialwellen, verfügbar für eine Kombination mit Daten der Photoelektronenspektroskopie, folgen aus Alignment und Orientierung der
besetzten Zustände. Diese und die energetischen Lagen der Resonanzen
werden mit begleitenden Berechnungen verglichen. Die aus der kohärenten Überlagerung von Kr 3d9 5p/6p Resonanzen resultierende Energieabhängigkeit der Dynamikparameter wird aufgezeigt.
Hauptvortrag
A VII Mo 17:30 F342
Photoionisation von Ionen: zeitgespiegelter Elektroneinfang —
•Alfred Müller — Institut fü r Kernphysik, Universitä t Giessen
Der Photoeffekt ist eines der wichtigsten und ältesten Studienobjekte
der modernen Physik. Photoionisation von neutralen Atomen und Molekülen ist ein entsprechend hoch entwickeltes Forschungsgebiet. Trotz
ihrer Bedeutung für zahlreiche Anwendungen steht dagegen die Photoionisation von einfach oder gar mehrfach geladenen Ionen wegen der
inhärenten messtechnischen Probleme erst am Anfang der experimentellen und -damit teilweise verknüpft- auch der theoretischen Entwicklung.
Durch den Einsatz von Ionenstrahlen als Bestrahlungsobjekt wird der Ladungszustand von Atomen, beispielsweise entlang von iso-elektronischen
Reihen, als wichtiger zusätzlicher Parameter beim Studium elementarer Zusammenhänge in der Wechselwirkung von Photonen mit Atomen
erschlossen. Mit einem ”merged-beams” Experimentaufbau an der Advanced Light Source in Berkeley wurden absolute Wirkungsquerschnitte
für die Photoionisation einfach und mehrfach geladener atomarer Ionen
mit hoher Auflösung gemessen. Durch Ausnutzung der Zeitumkehrinvarianz [1] lassen sich Ergebnisse von Messungen zur Photoionisation mit
denen der Elektron-Ion Rekombination in Beziehung setzen, woraus sich
aussagekräftige detaillierte Zusatzinformationen ergeben [2].
[1] A. Müller, R.A. Phaneuf et al., J. Phys. B35, L137 (2002)
[2] S. Schippers, A. Müller et al., Phys. Rev. Lett. 89, 193002 (2002)
Hauptvortrag
A VIII Mo 18:00 F342
Ein- und Zweielektronenemission in der Photoionisation von
einfachen raumfesten Molekülen
— •Thorsten Weber1 ,
Reinhard Dörner1 , Achim Czasch1 , Till Jahnke1 , Lothar
Schmidt1 , Allen Landers2 , Timur Osipov3 , Lew Cocke3 ,
Ottmar Jagutzki1 , Mike Prior4 und Horst Schmidt-Böcking1
— 1 Institut für Kernphysik Frankfurt, Germany — 2 Western Michigan
University, USA — 3 Kansas State University, USA — 4 LBNL, Berkeley,
USA
In der Photoionisation von einfachen diatomaren Molekuelen wie D2 ,
N2 und CO gelingt es über die Recoil-Approximation die Stellung der
internuklearen Achse zum Zeitpunkt der Fragmentation im Nachhinein
zu bestimmen. Die verschränkte Bewegung der Teilchen im Endzustand
der Reaktion wurde dabei mit einem Abbildungsverfahren (COLTRIMS)
kinematisch vollständig spektroskopiert. (Animierte) hochdifferentielle
Wirkungsquerschnitte in Form von Elektronenwinkelverteilungen in Relation zur Zweizentrengeometrie der ionischen Fragmente und des Polarisationsvektors des Lichts geben Aufschluss über die vektorkorrelierte
Emission und den Einfluss von Symmetrieeffekten. Die Rolle der Energieaufteilung zwischen den Elektronen und die Energie der ionischen
Fragmente selbst (KER) sind von entscheidender Bedeutung: Höhere
Drehimpulsbeiträge, Shape-Resonanzen, Fokussierungseffekte und symmetriebedingte Verteilungen können beobachtet werden. Eine Auswahl
von Ergebnissen der Photodoppelionisation von D2 , der Einfachionisation
von N2 und der Emission von Augerelektronen aus CO wird präsentiert
werden. Die gewonnen Resultate werden mit quantenmechanischen und
semiklassischen Vorhersagen verglichen.
Hauptvortrag
A IX Di 14:00 F342
Production of cold antihydrogen atoms in ATHENA — •Rolf
Landua for the ATHENA/AD-1 collaboration — CERN, Geneva,
Switzerland
The ATHENA experiment at CERN’s Antiproton Decelerator (AD)
has recently produced large numbers of cold antihydrogen atoms, paving
the way towards laser spectroscopy of antihydrogen and high precision
comparisons of matter and antimatter atoms. The talk will give an
overview about the latest results on antihydrogen production and its
Hauptvorträge
dependence on antiproton and positron plasma parameters, followed by
an outlook on future developments.”
Hauptvortrag
A X Di 14:30 F342
Der atomare Doppelspalt: Interferenzen beim Elektroneneinfang und Zerfall angeregter Atome — •Stephan Fritzsche —
Universität Kassel, D–34132 Kassel, Germany
Seit den berühmten Feynman–Lectures hat das Young’sche Doppelspaltexperiment, das bei Feynman ursprünglich mit Elektronen diskutiert wurde, die ”quantenmechanische Anschauung” ganzer Physiker–
Generationen mitgeprägt. Was von Feynman zunächst jedoch nur als
(beeindruckendes) Gedankenexperiment formuliert werden konnte, ist inzwischen für viele Quantenteilchen — von Elektronen hin bis zu den
Buckyballs — experimentell nachgewiesen, wobei sich die (kohärente)
Wellenausbreitung der mikroskopischen Materie gewöhnlich als Interferenzmuster in den Intensitäten zeigt. Mit Hilfe der hochauflösenden
Röntgen– und Augerelektronenspektroskopie gelingt es inzwischen, solche Interferenzen auch bei der Photonen– und Elektronenemission einzelner Atome experimentell sichtbar zu machen.
Dieser Beitrag zeigt, wie verschiedene winkelaufgelöste Messungen
beim Zerfall (hoch–) angeregter Atomzustände als kohärente Teilchenemission interpretiert und quantitativ verstanden werden können [1,2].
[1] K. Ueda et al., J. Phys. B34, 107 (2001); J. Phys. B34, 3829 (2001)
[2] A. Surzhykov et al., Phys. Rev. Lett. 88, 153001 (2002); J. Phys.
B35, 3713 (2002)
Hauptvortrag
A XI Di 15:00 F342
Detailed laser spectroscopy studies of Rydberg series and narrow autoionizing resonances in gadolinium — •Klaus Blaum1 ,
Bruce Bushaw2 , Wilfried Nörtershäuser3 , and Klaus Wendt4
— 1 CERN, Division EP-IS, 1211 Geneva 23, Switzerland — 2 PNNL,
Richland, WA 99352, USA — 3 GSI Darmstadt, Planckstraße 1, 64291
Darmstadt, Germany — 4 Institut für Physik, Johannes GutenbergUniversität Mainz, 55099 Mainz, Germany
High-resolution laser spectroscopy has been performed to study the
convergence of several even-parity J = 5, 6 Rydberg series in gadolinium. As a result, the ionization energy of 160 Gd has been determined
with nanovolt precision leading to a final value of 49601.5142(8) cm−1
or 6.14980335(10) eV. Furthermore the autoionization (AI) spectrum of
gadolinium between the first and second limits has been investigated by
triple-resonance excitation. Hundreds of narrow AI resonances have been
observed and assigned total angular momentum J values. The resonances
have been further divided into members of AI Rydberg series converging
to the second limit or other ’interloping’ levels. A number of detailed
studies have been performed on the interloping resonances: These include lifetime determination by lineshape analysis, isotope shifts, hyperfine structure, and photoionization saturation parameters. Linewidths
are observed to generally decrease with increasing total angular momentum and the J = 7 resonances are extremely narrow with Lorentzian
widths ranging from < 1 MHz up to 157 MHz. The strongest resonances
are found to have cross-sections of 10−12 cm2 and photoionization can
be saturated with powers available from cw diode lasers.
Hauptvortrag
A XII Di 15:30 F342
Relativistische Quantendynamik beim Einfang von Elektronen
in hochgeladene Ionen — •Stöhlker Thomas — IKF, Universität
Frankfurt — GSI-Darmstadt
Experimente zur radiativen Rekombination und zum radiativen Elektroneneinfang im Bereich schwerster, hochgeladener Ionen (z.B. U92+)
bieten einen einzigartigen Zugang zum Studium der Stoßdynamik in extrem starken Coulombfeldern. Von besonderem Interesse sind hierbei
präzise Untersuchungen der Röntgenemission, die durch das Auftreten
relativistischer Effekte bestimmt ist. Als hierzu besonders geeignet erweisen sich Winkelkorrelationsmessungen, die es gestatten Spinflip-Effekte
eindeutig zu identifizieren. Ferner ermöglicht diese Technik den Nachweis von Interferenzeffekten, die durch Multipolmischungen hervorgerufen werden. Neben einer Darstellung dieser Untersuchungen soll auf
aktuelle Entwicklungen eingegangen werden, durch die erstmalig die Polarisation der Rekombinationsstrahlung experimentell zugänglich wird.
Atomphysik
Hauptvortrag
A XIII Do 11:00 B305
Elektroneninduzierte Prozesse in freien und gebundenen Molekülen — •Eugen Illenberger — Institut für Chemie, Theoretische und Physikalische Chemie, Freie Universität Berlin, Takustrasse 3,
D- 14195 Berlin
Es wird über elementare Reaktionen berichtet, durch die Wechselwirkung niederenergetischer Elektronen mit Molekülen bei verschiedenem
Grad der Aggregation ablaufen: isolierte Moleküle unter stossfreien Bedingungen, freie molekulare Aggregate im Düsenstrahl und Moleküle an
Festkörperoberflächen. Die Untersuchung elektroneninduzierter Prozesse erlebt zur Zeit eine gewisse Renaissance nachdem erkannt ist, dass
die Elektronen-Molekül Wechselwirkung bei vielen Prozessen der entscheidende Teilschritt einer (eventuell komplexen) Reaktionssequenz sein
kann. Zu nennen sind hier substratinduzierte Photochemie, molekulare
Mechanismen von Strahlenschäden und Wirkungsweise von Strahlensensibilisatoren in der Tumortherapie oder Schwingungsanregung und Bindungsbrüche bei der Rastertunnelmikroskopie (Molecular E
Hauptvortrag
A XIV Do 11:30 B305
Chemistry with Electrons: Modification of Surfaces and Thin
Films — •Petra Swiderek — Institut für Physikalische Chemie, Universität zu Köln, Luxemburger Str. 116, 50939 Köln
Chemical reactions induced by low-energy electrons are not only important as fundamental steps of processes following the production of
secondary electrons under the effect of high-energy radiation. They are
also interesting as a tool for modifying or patterning surfaces of molecular materials such as ultrathin organic coatings. This can be done on
a macroscopic scale by rastering the material with a focussed beam of
electrons, exposing it to electrons through a mask, or on a nanometer
scale by using the tip of a scanning tunneling microscope as a local electron source. Although examples of such modifications are known, the
reaction mechanisms are far from being understood. Therefore fundamental spectroscopic studies of the reactions taking place at or near the
surface of ultrathin molecular films are performed in my group. The use
of high-resolution electron energy loss spectroscopy allows us to irradiate the samples and analyse the modifications at the same time. This
contribution will present examples of such modifications and discuss the
experimental approach that allows us to obtain absolute cross sections
for specific electron-induced reactions.
Hauptvortrag
A XV Do 12:00 B305
Resonanz- und Schwellenphänomene bei der niederenergetischen Elektronenanlagerung an Moleküle und Cluster —
•Martin-W. Ruf — Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern,
D-67653 Kaiserslautern
Mit einer hochauflösenden Laserphotoelektronen-Anlagerungsmethode
(LPA) untersuchen wir die Dynamik der Anionenbildung bei Stößen langsamer Elektronen (E = 0 − 200 meV, ∆E ' 1 meV) mit Molekülen und
molekularen Clustern. Für einige nicht-polare Moleküle (z.B. SF6 [1]) haben wir gezeigt, dass der Wirkungsquerschnitt erst unterhalb von E = 1
meV den für s-Wellen-Anlagerung theoretisch vorhergesagten Verlauf
nimmt (σ(E) ∝ E −1/2 ). Für die dissoziative Elektronenanlagerung (DA)
an Cl2 wurde das aus Symmetriegründen erwartete p-Wellen-Verhalten
(σ(E) ∝ E 1/2 ) schlüssig nachgewiesen [2].
Der DA-Querschnitt für CH3 I (I− -Bildung) zeigt knapp unterhalb
der Anregungsschwelle der C-I-Streckschwingung eine scharfe Resonanzstruktur, die als Vibrations-Feshbach-Resonanz (VFR) interpretiert und
im Rahmen einer R-Matrix-Rechnung reproduziert wird [3]. Solche
VFR’s mit Breiten bis herab zu 2 meV finden sich auch in den DAQuerschnitten für molekulare Cluster (wie N2 O [4], CO2 [5], OCS),
während sie bei anderen Clustern (z.B. CS2 [5], CH3 I) fehlen .
[1] A. Schramm et al., Phys. Rev. Lett. 81, 778 (1998)
[2] S. Barsotti et al., Phys. Rev. Lett. 89, 083201 (2002)
[3] A. Schramm et al., J. Phys. B 32, 2153 (1999)
[4] E. Leber et al., Chem. Phys. Lett. 325, 345 (2000)
[5] S. Barsotti et al., Int. J. Mass Spectrom. 220, 313 (2002)
Hauptvortrag
A XVI Do 12:30 B305
Inelastische Stoßprozesse langsamer Elektronen mit Molekülionen — •A. Wolf1 , S. Krohn1 , H. Kreckel1 , L. Lammich1 , M.
Lange1 , D. Schwalm1 , D. Strasser2 und D. Zajfman2,1 — 1 MaxPlanck-Institut für Kernphysik, Heidelberg — 2 Weizmann Institute of
Science, Rehovot, Israel
Niederenergetische Elektronenstöße mit positiven Molekülionen
Hauptvorträge
können zum Elektroneneinfang, zur Dissoziation und zur An- und Abregung interner molekularer Freiheitsgrade führen. Diese inelastischen Prozesse verlaufen vielfach über gemeinsame resonante Zwischenzustände,
in denen Energieaustausch zwischen den elektronischen und den Rotations/Schwingungsfreiheitsgraden der Moleküle stattfinden kann. Empfindliche Messungen zu diesen Prozessen wurden an gespeicherten Molekülionenstrahlen mit kollinearen, kalten Elektronenstrahlen durch+
geführt. An H+
2 und D2 wurden die Schwingungsbesetzungen während
der Wechselwirkung mit freien Elektronen bei thermischen Energien entsprechend ∼150 K zeitaufgelöst für Speicherdauern bis zu 50 s bestimmt.
Ausgehend von einer breiten Zustandsverteilung mit Schwerpunkt bei
v ∼ 4 wurde durch superelastische Elektronenstöße eine gekühlte Verteilung mit mehr als 95% der Ionen in v = 0 und 1 (∼75% in v = 0) realisiert. Die Ratenkoeffizienten für dissoziative Rekombination bei den gegebenen thermischen Energien wurden schwingungsspezifisch für v = 0–6
+
(H+
2 ) bzw. 0–7 (D2 ) gemessen. Zum Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen liegen aktuelle theoretische Resultate vor. — Teilweise
gefördert durch EU (RTN “Electron Transfer Reactions”) und BMBF
(Deutsch-Israelische Projektkooperation).
Hauptvortrag
A XVII Fr 11:00 F342
Winkel- und spinaufgelöste Zweielektronenemission (Photoelektron, Augerelektron) — •Ulrich Heinzmann — Universität
Bielefeld, Fakultät für Physik, D-33501 Bielefeld
Werden nach Photoabsorption aus einem Atom mehr als ein Elektron
emittiert, z.B. ein Photoelektron und ein Augerelektron, so ergänzen
sich die Messergebnisse der winkelaufgelösten Elektronenintensitäten und
-spinpolarisationen mosaikartig zu einem Gesamtdatensatz. Der Vortrag
diskutiert anhand der Photoionisation von Xenon- und Kryptonatomen,
ob und inwieweit eine vollständige quantenmechanische Charakterisierung dieses Prozesses durch das Experiment möglich ist (sogenanntes
vollständiges Experiment“). Außerdem diskutiert der Vortrag, inwie”
weit die Eigenschaften der beiden emittierten Elektronen sich gegenseitig
bedingen.
Hauptvortrag
A XVIII Fr 11:30 F342
Atoms in half-cycle pulses: a laboratory for wavefunction tayloring, coherent control, and quantum chaos — •Joachim Burgdoerfer1 , D. Arbo1 , E. Persson1 , S. Puschkarski1 , C.O. Reinhold2 , and S. Yoshida1 — 1 Institute for Theoretical Physics, Vienna
University of Technology, Wiedner Hauptstrasse 8-10/136, A-1040 Vienna, Austria — 2 Physics Division, OakRidge National Laboratory, Oak
Ridge, TN 37831, USA
The ultimate limit of a short pulse is a half-cycle pulse (HCP) subtending only a fraction of an ”optical cycle”. Single pulses as well as trains
of HCP’s are currently experimentally accessible in the GHz and THz
regimes. In Rydberg atoms the duration of such HCP’s is short compared to the electronic orbital period representing an impulsive ”kick”.
HCP sequences allow to shape and manipulate the time-dependent wavefunction in an (almost) arbitrary fashion. We illustrate the potential of
this tool with a few examples: quantum localization in classical chaos,
tayloring of wavepackets with low entropy, and probing the coordinate
and momentum of a bound electron. Generation of HCP’s on an attosecond scale will be discussed.
Hauptvortrag
A XIX Fr 12:00 F342
Attosecond entanglement of protons - Neutron and electron
Compton scattering results — •C. Aris C.-Dreismann1 , Tyno
Abdul-Redah2 , and Maarten Vos3 — 1 Inst. f. Chemie, StranskiLab., TU Berlin, D-10623 Berlin — 2 ISIS Facility, R.A.L., Oxfordshire,
OX11 0QX, U.K. — 3 Atomic and Molecular Physics Laboratory, Australian National University, Canberra ACT 0200, Australia
Deep inelastic neutron and electron scattering results from protons
with energy transfers in the range of ca. 5-100 electron volts are presented and compared with another. These very recent studies have been
done on two polymers at room temperature. Both techniques can provide
the momentum distributions of H atoms in their vibrational ground state
(the so-called Compton profiles). In particular, and in both cases, the
duration of the scattering process lies in the attosecond time scale [1,2].
In such short times it is expected that decoherence may still not be fully
effective, thus permiting the observation of quantum entanglement effects
in condensed matter at ambient conditions [1]. The experimental scattering results reveal the following surprising observation: Ca. 40 percent
of the protons do not scatter, i.e. they are ”invisible” to the impinging
neutrons or electons. This novel effect is due to protonic entanglement
Atomphysik
in which also electronic degrees of freedom are participating.
[1] C. A. C.-Dreismann et al. Phys. Rev. Lett. 79, 2839 (1997); J.
Am. Chem. Soc. 123, 11945 (2001).
[2] M. Voss, Phys. Rev. A 65, 012703 (2002).
Hauptvortrag
A XX Fr 12:30 F342
Kartierung der Dynamik des Herzmagnetfeldes mit einem
Zimmertemperatur-Magnetometer — •Weis Antoine, Georg
Bison und Robert Wynands — Département de Physique, Université
de Fribourg, 1700 Fribourg, Schweiz
Von biologischen Organismen produzierte Magnetfelder enthalten
Hauptvorträge
wertvolle Information über die zu Grunde liegenden physiologischen Prozesse und ihre Pathologien. Momentan sind noch supraleitende Detektoren, gekühlt mit verflüssigten Edelgasen, zur Messung dieser sehr
schwachen Felder erforderlich. Wir haben ein empfindliches Lasermagnetometer entwickelt, welches auf optischem Pumpen von Cäsiumatomen
beruht und die zeitaufgelöste Kartierung des Magnetfeldes des menschlichen Herzens erlaubt. Ein Gradiometer aus zwei identischen Sensoren
reduziert den Einfluss externer Störfelder um mehrere Größenordnungen.
Das Magnetometer arbeitet bei Zimmertemperatur und eröffnet damit
die Möglichkeit, biomagnetische Felder in Forschung und medizinischer
Diagnostik kostengünstig und bequem zu messen.
Atomphysik
Montag
Fachsitzungen
A 1 Hochauflösende Spektroskopie 1
Zeit: Montag 11:00–12:30
A 1.1 Mo 11:00 F342
Eine neue Methode zur Messung des gJ -Faktors an wasserstoffähnlichen Ionen — •Tristán Valenzuela1 , José Alonso1 ,
Thomas Beier2 , Slobodan Djekic1 , Hartmut Häffner1,2 , H.Jürgen Kluge2 , Wolfgang Quint2 , José Verdu1,2 , Manuel
Vogel1 und Günther Werth1 — 1 Institut für Physik, JohannesGutenberg-Universität, 55099 Mainz — 2 GSI, Plankstraße 1, 64291
Darmstadt
Der gJ -Faktor eines einzelnen in einer Penningfalle gespeicherten wasserstoffähnlichen Ions wurde im Grundzustand gemessen. Dazu wurden
induzierte Spin-Übergänge mit der Methode des kontinuierlichen SternGerlach-Effektes [1] nachgewiesen. Das Magnetfeld wurde anhand der
Zyklotronfrequenz desselben Ions mit einer Unsicherheit von weniger als
10−9 kalibriert. Unter Verwendung einer Zwei-Fallen-Technik, die den
Nachweis der Spinrichtung in einem inhomogenen Feld von der Induzierung der Übergänge in einem homogenen Feld trennt, wurde eine Genauigkeit von einigen 10−9 erzielt [2]. Der größte Beitrag zum systematischen
Fehler rührt von der endlichen Zyklotronenergie des gespeicherten Ions.
Wir präsentieren nun eine jüngst von uns entwickelte Methode, welche
ohne Anregung der Zyklotronenergie auskommt. Dadurch werden alle
in diesem Zusammenhang auftretenden systematischen Unsicherheiten
vermieden. Die Ergebnisse werden mit theoretischen Rechnungen zur
Quantenelektrodynamik gebundener Zustände verglichen [3].
[1] N. Hermanspahn et al., Phys. Rev. Lett. 84, 427 (2000)
[2] H. Häffner et al., Phys. Rev. Lett. 85, 5308 (2000)
[3] V. Yerokhin et al., PRL 89, 143001 (2002)
A 1.2 Mo 11:15 F342
Die genaueste Elektronenmasse und der g-Faktor gebundener
Elektronen: Neueste theoretische Entwicklungen — •T. Beier1 ,
H. Häffner1,2 , N. Hermanspahn2 , P. Indelicato3 , H.-J. Kluge1 ,
W. Quint1 , V. M. Shabaev4 , S. Stahl1,2 , J. Verdú1,2 , G. Werth2
und V. A. Yerokhin3,4 — 1 GSI, Atomphysik, Planckstr. 1, 64291
Darmstadt — 2 Universität Mainz, Institut für Physik, 55099 Mainz —
3
Lab. Kastler Brossel, UPMC, case 74, 4 place Jussieu, 75252 Paris,
cedex 05, France — 4 St. Petersburg State University, Dept. of Physics,
Oulianovskaya 1, Petrodvorets, 198 504 St. Petersburg, Russia
Der g-Faktor im wasserstoffähnlichen Kohlenstoff 12 C5+ stellt eine der
genauesten Untersuchungen der QED hochgeladener Ionen dar. Die
neuesten Entwicklungen zur Berechnung der Selbstenergiekorrekturen
der Ordnung α werden vorgestellt [1]. Diese erlauben noch einmal eine geringfügige Verbesserung des bisher genauesten Wertes für die Masse
des Elektrons, präsentiert in [2], basierend auf Messungen am g-Faktor
von 12 C5+ in einer Doppelpenningfallenapparatur [3]. Der neue Wert ist
me = 0.000 548 579 909 3 (3) u. Die vorläufigen Ergebnisse von g-FaktorMessungen an 16 O7+ [4] erlauben ebenfalls eine Bestimmung von me , mit
einer Präzision in der gleichen Größenordung wie aus g(12 C5+ ).
[1] V. Yerokhin et al., Phys. Rev. Lett. 89, 143001 (2002)
[2] T. Beier et al., Phys. Rev. Lett. 88, 011603 (2002)
[3] H. Häffner et al., Phys. Rev. Lett. 85, 5308 (2000)
[4] J. Verdú et al., Can. J. Phys. 80, (Nov. 2002, derzeit im Druck)
Unterstützt durch EU-RTD Netzwerk HITRAP (HPRI-CT-200150036).
A 1.3 Mo 11:30 F342
Zweischleifen–Selbstenergiekorrekturen
zur
Lamb–
Verschiebung — •Ulrich D. Jentschura1 , Jörg Evers1 ,
Christoph H. Keitel1 und Krzysztof Pachucki2 — 1 Theoretische
Quantendynamik, Universität Freiburg — 2 Uniwersytet Warszawski,
00-681 Warszawa
Wir gehen auf kürzlich erhaltene Resultate betreffs der Zweischleifen–
Selbstenergiekorrekturen zum Spektrum einfacher atomarer Systeme ein,
die insbesondere für die Feinstruktur von P Zuständen in atomarem Was-
Raum: F342
serstoff und in Helium wichtig sind. Ein weiteres Thema sind spezifische
Korrekturen, die quadrierte Zerfallsraten enthalten und nicht ohne Weiteres als reelle Energie–Verschiebungen interpretiert werden können [1].
Diese Korrekturen sind unmittelbar mit der Frage nach dem genauen
Verständnis der physikalischen Natur einer Resonanz verknüpft. [1] U.D.
Jentschura, J. Evers, C.H. Keitel und K. Pachucki, New J. Phys. 4 (2002)
49.
A 1.4 Mo 11:45 F342
HFS in hydrogen- and lithium-like simple atomic systems
— •Marco Tomaselli1 , Lon-chang Liu2 , Savely Karshenboim3 , Stephan
Fritzsche4 , Thomas
Kühl1 , Wilfried
Nörtershäuser1 , Guido Ewald1 , Rodolfo Sanchez1 , and
Agnieszka Gluzicka1 — 1 GSI-Gesellschaft für Schwerionenforschung,
D-64291 Darmstadt, Germay — 2 T-Division, Los Alamos National
Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA — 3 D.I. Mendeleev Institute
for Metrology (VNIIM), St.Petersburg 198005, Russia and Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, D-85748 Garching, Germany — 4 Institute of
Physics, Kassel University, D-34132 Kassel, Germany
Systematic model calculations are performed for the magnetization distributions and the HFS in atomic and ionic states of helium and lithium
in order to test the interplay of nuclear and atomic structure [1]. The
results will contribute to the analysis of high-precision measurements of
isotope shifts (IS) in lithium, which is currently underway at GSI and
Isolde, CERN [2]. These measurements, in combination with accurate
theoretical evaluations of the mass-shift contribution in the respective
transition will yield the root-mean-square (rms) nuclear charge radii of
unstable Li isotopes, particularly for the halo nucleus 11 Li. A hyperfine
anomaly could modify the field shift contributions between the different
isotopes, thus casting new light on the (IS) theory. Ab initio calculations
for the magnetic structures of 3 He and 4 He are also presented, which
might initiate future experiments.
[1] M. Tomaselli et al., Can. J. Phys. 80, 1347 (2002).
[2] A. Dax et al., CERN/INTC 2000-006 INTC/P118.
A 1.5 Mo 12:00 F342
Li-like Uranium — •Daniel Ursescu1 , Paul Neumayer1,2 ,
Marco Tomaselli1 , Lon-chang Liu3 , Thomas Kühl1 , and
Stephan Fritzsche4 — 1 PHELIX, GSI-Gesellschaft fuer Schwerionenforschung, D-64291 Darmstadt, Deutschland — 2 Technische
Universitaet Darmstadt, D-64289 Darmstadt, Deutschland — 3 TDivision, Los Alamos National Laboratory, NM 87545, USA — 4 Kassel
Universitaet, D-34132 Kassel, Deutschland
A Soft X-Ray laser driven by the front-end of the PHELIX (Petawatt
High Energy Laser for Ions eXperiments) will soon allow to perform laser
spectroscopy on Li-like ions. In the calculation of the transition energy
for 1s2 − 2s ⇒ 1s2 − 2p has been shown that nuclear structure plays
a key role. Nuclear models applied to heavy nuclei are then an important tool [1] to set a limit between nuclear and QED contributions. For
these reasons we perform calculations for Uranium isotopes [2]. Results
are presented for the nuclear charge radii of 235,238 U and for the HFS or
the 235 U91+,89+ ions. Particular care has been taken in the calculation of
the nuclear matrix elements which cover the 2h̄ω single particle states.
New programs have been developed to improve the precisions of these
calculations through symbolic evaluation of the involved transformations
coefficients (Moshinski [3],L·S). [1] M. Tomaselli et al., Hyperfine Interactions, (2002) to be published. [2] M. Tomaselli et al., Can. J. of Phys.
80 (2002). [3] T.A. Brody, G. Jacob, and M. Moshinski, Nucl. Phys. 17,
16 (1960).
A 1.6 Mo 12:15 F342
Lamb-Verschiebung im Laserfeld — •Ulrich D. Jentschura und
Christoph H. Keitel — Theoretische Quantendynamik, Universität
Freiburg
Atomphysik
Montag
Im starken Laserfeld wechselwirkt ein Atom sowohl mit den reellen
Laserphotonen als auch mit den Vakuummoden, wobei hier der Austausch über virtuelle Anregungen erfolgt. Für die genaue Interpretation
der Spektren, die mittels Hochpräzions–Laserspektroskopie aufgenommen werden, und für ein genaues Verständnis der verkleideten Zustände
im Laserfeld ist es wichtig, beide Wechselwirkungen vereinheitlicht zu be-
handeln. Die Lamb–Verschiebung der durch das Laserfeld verkleideten
Zustände unterscheidet sich vom unverkleideten Atom. Auch im schwachen Laserfeld können die Effekte relevant werden, wenn eine Größe, die
wir als “effektive Verstimmung” bezeichnen möchten, klein im Verhältnis
zur Rabi–Frequenz und zur natürlichen Linienbreite des untersuchten Zustands wird.
A 2 Multiphotonprozesse 1
A 2.1 Mo 11:00 F128
Two–photon ionization of heavy, few–electron ions — •Peter
Koval, Stephan Fritzsche, and Andrey Surzhykov — Universität Kassel, D–34132 Kassel, Germany
Multi–photon excitation and ionization processes have been widely explored during the last decades. Until now, however, these studies were
restricted mainly to excitations from the valence shells due to the lack
of proper VUV and x–ray laser sources. Owing to the development of
free–electron lasers (XFEL’s), multi–photon experiments are likely to be
extended soon to include also inner–shell phenomena.
To understand the behaviour of the two–photon ionization in medium
and heavy elements, the non–resonant total cross sections are calculated
by means of second–order perturbation theory, based on Dirac’s equation. In contrast to previous investigations, we apply a Green’s function
approach to deal with the infinite summation over the complete spectrum
of the atomic states. In this contribution, we will explain the construction
of effective (one–particle) Green’s functions in a central–field potential
and show, how the two–photon total ionization cross sections compare
with each other for ions along the hydrogen and helium isoelectronic
sequences.
A 2.2 Mo 11:15 F128
Ionisation und Stabilisierung im Zwei-Elektronen-Modellatom
ohne Dipolnäherung — •Andreas Staudt1 , Jens Prager2 und
Christoph H. Keitel1 — 1 Theoretische Quantendynamik, Physikalisches Institut, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, D-79104
Freiburg — 2 Interdisziplinäres Zentrum für wissenschaftliches Rechnen,
Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 368, D-69120 Heidelberg
In den letzten Jahren ist bei der Doppelionisation von Atomen deutlich
geworden, daß die Korrelation der Photoelektronen einen signifikanten
Einfluß auf die Ionisationsdynamik ausübt [1-3]. Bei der Wechselwirkung mit hochintensiven Laserpulsen (erzeugt z.B. durch Freie Elektron
Laser) darf selbst im Hochfrequenzbereich die durch die Lorentzkraft des
Lasers erzeugte Drift nicht immer vernachlässigt werden.
Mittels eines Modellatoms für Helium, das die Integration der Schrödingergleichung in zwei Dimensionen unter Einbeziehung der Magnetfeldeffekte ermöglicht [4], werden die Wechselwirkungen der Elektronen mit
dem Kern, dem Laser, sowie untereinander untersucht. Es zeigt sich, daß
im hochfrequenten Laserpuls die Stabilisierung des Atoms und die Dynamik der Elektronen durch das Lasermagnetfeld sowie die dynamische
Elektron-Elektron-Wechselwirkung entscheidend beeinflusst werden.
[1] T. Weber et al., Phys. Rev. Lett. 84, 443 (2000); R. Moshammer et
al., ibid. 84, 447 (2000)
[2] A. Becker und F.H.M. Faisal, Phys. Rev. Lett. 84, 3546 (2000)
[3] M. Dammasch et al., Phys. Rev. A 64, 061402 (2001)
[4] J. Prager et al., Phys. Rev. A 64, 045402 (2001) und J. Phys. B 35,
L167 (2002)
A 2.3 Mo 11:30 F128
Atomare Dirac-Dynamik in hochintensiven Laserfeldern —
•Guido R. Mocken und Christoph H. Keitel — Theoretische
Quantendynamik, Physikalisches Institut, Universität Freiburg,
Hermann-Herder-Straße 3, D-79104 Freiburg, Germany
Die großen Fortschritte der letzten Zeit sowohl bei der Erzeugung hochintensiver Laserstrahlung als auch bei der Produktion hochgeladener Ionen haben das Interesse an der Elektrondynamik in lasergetriebenen ionischen Systemen stark wachsen lassen [1]. Bei Laserintensitäten jenW
seits 1018 cm
2 , wenn sich die klassische Geschwindigkeit des Elektrons der
Lichtgeschwindigkeit nähert, wird eine relativistische Behandlung unvermeidlich, da relativistische Effekte wie die Massenverschiebung, der Einfluß des Magnetfeldes und des Elektronenspins relevant werden [2].
Um diese zu berücksichtigen, lösen wir, basierend auf dem Split-
Raum: F128
Operator-Verfahren, die Diracgleichung numerisch in zwei plus eins Dimensionen und untersuchen hiermit die laserassistierte Wechselwirkung
eines ursprünglich freien und ruhenden Elektron-Wellenpakets mit einem
oder mehreren hochgeladenen Ionen. Unser besonderes Interesse gilt der
Entstehung von Interferenzeffekten durch die Streuung und ihrer Weiterentwicklung im Laserfeld.
[1] C. J. Joachain, M. Dörr, N. Kylstra, Adv. At. Mol. Phys. 42, 225-286
(2000); C. H. Keitel, Contemp. Phys. 42, 353-363 (2001).
[2] Beispielsweise: F. H. M. Faisal, T. Radożycki, Phys. Rev. A 47,
4464-4473 (1993); U. W. Rathe, C. H. Keitel, M. Protopapas und P. L.
Knight, J. Phys. B 30, L531 (1997); D. B. Milosevic, S. Hu, W. Becker,
Phys. Rev. A 63, 011403 (R) (2001).
A 2.4 Mo 11:45 F128
Paarerzeugung in Stößen relativistischer Ionen mit intensiven
Laserfeldern — •Carsten Müller1 , Alexander B. Voitkiv2 und Norbert Grün1 — 1 Institut für Theoretische Physik,
Justus-Liebig-Universität, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen —
2
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117
Heidelberg
Wir untersuchen die Produktion von Elektron-Positron-Paaren durch
Multiphotonen-Absorption beim Stoß eines hochrelativistischen Ions mit
einem intensiven Laserstrahl. Die Wechselwirkung der Leptonen mit dem
Laserfeld wird exakt behandelt; ihre Wechselwirkung mit dem Ion wird
als Störung beschrieben. Wir berechnen sowohl energie- und winkeldifferentielle Produktionsraten als auch die totale Rate in Abhängigkeit von
der Laserintensität und der Energie des Ions. Unsere Resultate lassen
darauf schließen, dass der untersuchte Prozess mit Hilfe der nächsten
Beschleunigergeneration (LHC) experimentell zugänglich sein sollte.
Fachvortrag
A 2.5 Mo 12:00 F128
Atoms in strong X-ray pulses — •Ulf Saalmann — Max-PlanckInstitut für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38, 01187 Dresden
Ionization of atoms in strong X-ray pulse differs fundamentally from
that under optical laser impact. First of all, it starts from the inside
because photoionization cross sections at X-ray wavelengths are considerably higher for the inner shells than for the valence shells. Multiple
single-photon ionization is possible, in particular because the inner-shell
holes created by photoionization are refilled by Auger-like processes. Due
to this almost instantaneous refilling of the inner shells they can be ionized many times during the pulse and thus the atoms can be efficiently
“pumped dry”. This occurs “inside-out” and is the exact opposite to the
ionization mechanism in the visible wavelength regime where the electrons are removed from the outside like shells of an onion. We discuss
the relevant time scales of these competing processes.
Fachvortrag
A 2.6 Mo 12:15 F128
Cluster in strong X-ray pulses — •Ulf Saalmann — Max-PlanckInstitut für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38, 01187 Dresden
The effect of intense X-ray laser interaction on argon clusters is studied
theoretically with a mixed quantum/classical approach. In comparison
to a single atom we find that ionization of the cluster is suppressed, which
is in striking contrast to the observed behavior of rare-gas clusters in intense optical laser pulses. We have identified two effects responsible for
this phenomenon: A high space charge of the cluster in combination with
a small quiver amplitude and delocalization of electrons in the cluster.
Both effects are more important for the larger cluster investigated and
the relative weight of both effects depends on field strength and cluster
size. Our findings indicate that in general the coupling of energy from
the laser light to matter is less effective at high frequencies [Ulf Saalmann
and Jan-Michael Rost, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 143401].
Atomphysik
Montag
A 5 Atome in äusseren Feldern
A 5.1 Mo 14:00 F128
Decay rates and survival probabilities in open quantum systems
— •Sandro Wimberger1,2 , Andreas Krug1 , and Andreas Buchleitner1 — 1 Max-Planck-Institut f. Physik komplexer Systeme, 01187
Dresden — 2 Università degli Studi dell’ Insubria, I-22100 Como
We report an algebraic decay of ionization rates distributions of periodically driven 3D atomic Rydberg states. Two mechanisms leading to
the universal decay exponent one are established: Dynamical localization
and localization of states in the integrable region of phase space. Our
results not only confirm the close analogy between atomic transport and
conductance in Anderson-localized solids [1], but they also pin down the
statistical properties of resonance poles responsible for the decay of the
survival probability in a typical open quantum system. However, universal features of the statistics of the decay rates of classically chaotic
quantum systems do generically not carry over to the time dependent
decay of the survival probability of some initial state prepared at an arbitrary location in phase space. This simply expresses the decorrelation
of the phase space localization properties of the eigenstates of chaotic
quantum systems and of their asymptotics – which alone determine their
decay [2].
[1] A. Buchleitner et al., Europhys. Lett. 44, 162 (1998),
S. Wimberger and A. Buchleitner, J. Phys. A 34, 7181 (2001)
[2] S. Wimberger et al., Phys. Rev. Lett. 89, 263601 (2002)
A 5.2 Mo 14:15 F128
Planar helium under periodic driving — •Madronero Javier
and Buchleitner Andreas — Max-Planck-Institut fuer Physik komplexer Systeme
We report the first Floquet spectra of electromagnetically driven planar helium. Our ab initio quantum treatment combines Floquet theory,
complex dilation, and the representation of the Hamiltonian in suitably
chosen coordinates [1], without adjustable parameters. It is equally well
adapted to treat the excitation and ionization of ground state atoms by
optical fields as of doubly excited Rydberg states under radiofrequency
driving. The resulting complex-symmetric, sparse banded generalized
eigenvalue problem of rather high dimension is solved using advanced
techniques of parallel programming, on one of the largest parallel supercomputers, the Hitachi SR8000-F1 at the Leibniz-Rechenzentrum of the
Bavarian Academy of Sciences.
[1] L. Hilico et al., Phys. Rev. A 66, 022101 (2002)
A 5.3 Mo 14:30 F128
Das Wasserstoffatom im Magnetfeld: Neue Konzepte zur systematischen Berechnung der periodischen Bahnen in Systemen
mit weichen Potenzialen — •Jörg Main — Institut für Theoretische
Physik 1, Universität Stuttgart, D-70550 Stuttgart
Die Gutzwiller-Spurformel ermöglicht die Berechnung semiklassischer
Spektren mittels der periodischen Bahnen klassisch chaotischer Systeme. Während Billardsysteme eine relativ einfache systematische Bahnsuche erlauben, stößt die Bestimmung sehr langer und instabiler Bahnen in Systemen mit weichen Potenzialen, wie z.B. dem Wasserstoffatom
im Magnetfeld, mittels shooting- oder bisection-Algorithmen schnell an
Grenzen. Vorgestellt wird ein alternatives Verfahren zur Bahnsuche, das
auf einer der symbolischen Dynamik entsprechenden Segmentierung der
Trajektorien beruht. Die Start- und Endpunkte der einzelnen kurzen
Bahnabschnitte werden so variiert, dass die Bahn im Phasenraum stetig
und periodisch wird. Die Methode erlaubt die Berechnung auch extrem
langer und instabiler Bahnen. Für das diamagnetische Wasserstoffatom
wurden bei einer systematischen Bahnsuche mehr als 107 periodische
Bahnen berechnet und damit das semiklassische Wiederkehrsignal konstruiert. Die harmonische Inversion des Signals liefert die semiklassischen
Energieeigenwerte bzw. Resonanzen dieses fundamentalen atomphysikalischen Systems.
A 5.4 Mo 14:45 F128
Bifurkationstheorie geschlossener Bahnen beim Wasserstoffatom in gekreuzten Feldern — •Thomas Bartsch, Jörg
Main und Günter Wunner — Institut für Theoretische Physik 1,
Universität Stuttgart, D-70550 Stuttgart
Eine semiklassische Beschreibung atomarer Photoabsorptionsspektren
im Rahmen der Closed-orbit Theorie verlangt eine detailierte Kenntnis
Raum: F128
der am Kern geschlossenen klassischen Bahnen. Das Wasserstoffatom in
gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern besitzt eine so komplizierte klassische Dynamik, dass eine systematische Klassifikation der
geschlossenen Bahnen bisher nicht gelungen ist. Wir stellen eine Bifurkationstheorie für geschlossene Bahnen vor und finden genau zwei Typen
von generischen Bifurkationen der Kodimension eins. In der Praxis zeigt
sich, dass diese elementaren Bifurkationen sich zu einer überraschenden
Vielfalt komplizierter Bifurkationsszenarien zusammenfügen.
Bifurkationen führen zu Divergenzen des semiklassischen Photoabsorptionsspektrums. Die Allgegenwart ihres störenden Einflusses lässt sich
durch den Vergleich des semiklassischen Spektrums mit dem Quantenspektrum nachweisen. Für eine semiklassische Quantisierung werden geeignete semiklassische Näherungen für die Bifurkationen konstruiert.
A 5.5 Mo 15:00 F128
Berechnung von Absorptionsspektren für das diamagnetische
Wasserstoffatom:
Closed-orbit-Theorie mit bifurkierenden
Bahnen — •Tomaž Fabčič, Jörg Main, Thomas Bartsch und
Günter Wunner — Institut für Theoretische Physik 1, Universität
Stuttgart, D-70550 Stuttgart
Mittels Closed-orbit-Theorie ist es möglich, Photoabsorptionsspektren semiklassisch aus den Bahndaten der im Kern geschlossenen klassischen Bahnen zu berechnen. Die klassische Dynamik des diamagnetischen Wasserstoffatoms im Magnetfeld ist gemischt regulär-chaotisch.
Im Übergangsbereich treten isolierte Bifurkationen und Folgen von Bifurkationen auf, an denen die Closed-orbit Summe unphysikalische Singularitäten aufweist. Diese Singularitäten zerstören das Signal vollständig
und verhindern so die semiklassische Berechnung des Photoabsorptionsspektrums. Die Bifurkationen werden untersucht und die zur Glättung
der Singularitäten benötigten uniformen Näherungen konstruiert. Unter Berücksichtigung der uniformen Näherungen wird das semiklassische
Photoabsorptionsspektrum berechnet.
A 5.6 Mo 15:15 F128
Suche nach Ericson-Fluktuationen bei Rb-Rydbergatomen —
•Gernot Stania1 and Herbert Walther1,2 — 1 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, 85748 Garching — 2 Ludwig-Maximilians-Universität
München, 85748 Garching
Die Untersuchung von Stabilität und Chaos hat die klassische
Mechanik nachhaltig geprägt und einige ihrer mächtigsten Hilfsmittel
hervorgebracht. Demgegenüber gibt es bisher keine allgemein anerkannte quantenmechanische Deutung dieser Begriffe. Im Mittelpunkt der
Forschung steht daher die Suche nach quantenmechanischen Spuren klassisch chaotischen Verhaltens. Für experimentelle Untersuchungen sind
Rydberg-Atome in starken externen Feldern besonders geeignet. Unter
dem Einfluß gekreuzter statischer elektrischer und magnetischer Felder
wird das Stabilitätsverhalten des Leuchtelektrons eines Alkali-RydbergAtoms vollständig durch seine Energie und die beiden Feldstärken bestimmt und deckt in Abhängigkeit von diesen drei Parametern die gesamte
Spanne zwischen fast regulär und vollkommen chaotisch im Regime
gebundener Zustände ebenso wie im Streuregime ab. Unser Experiment macht für Rubidium all diese Bereiche zugänglich und liefert die
zugehörigen Photoabsorptionsquerschnittsspektren. Jenseits der Ionisationsschwelle sollen in diesen, nach theoretischen Vorhersagen, EricsonFluktuationen das quantenmechanische Gegenstück zur klassisch chaotischen Streuung bilden. Diese Vorhersage ist allerdings umstritten. Sie
soll in unserem Experiment anhand von Messungen für verschiedene Stabilitätsbereiche überprüft werden. Die ersten dieser Messungen konnten
bereits durchgeführt werden.
A 5.7 Mo 15:30 F128
Ab initio photoionization cross sections of alkali Rydberg states
in crossed electric and magnetic fields — •Marius Iacomi1 ,
Javier Madroñero2 , Gernot Stania3,4 , Saverio Bivona1 , Herbert Walther3,4 , and Andreas Buchleitner2 — 1 Dipartimento di
Fisica e Tecnologie Relative, Università di Palermo, Viale delle Scienze,
I-90128 Palermo — 2 Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systems, Nöthnitzer Str. 38, D-01187 Dresden — 3 Max-Planck-Institut für
Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, D-85748 Garching — 4 Sektion
Physik der Universität München, Am Coulombwall 1, D-85748 Garching
We present an accurate quantum treatment of alkali Rydberg states
Atomphysik
Montag
exposed to crossed electric and magnetic fields, motivated by ongoing
experiments in Garching. Our calculations probe the parameter regime
of overlapping resonances, with special emphasis devoted to possible signatures of Ericson fluctuations in the experimental photoionization cross
sections. The theoretical/numerical approach relies on a combination of
R-matrix theory (to account for the multielectron core), complex dilation
(for an exact description of the continuum coupling), and a suitable basis
set (such as to take optimal advantage of the fundamental symmetries of
the atomic species).
A 6 Ion-Molekülwechselwirkung
A 6.1 Mo 16:30 F128
Ladungsändernde Stöße zwischen zwei Fulleren-Ionen — •H.
Bräuning1 , A. Diehl1 , R. Trassl1 , A. Theiß1 , E. Salzborn1 , A.
Narits2 und L.P. Presnyakov2 — 1 Institut für Kernphysik, JustusLiebig-Universität, Leihgesterner Weg 217, D-35392 Giessen, Germany
— 2 P.N.Lebedev Physical Institute, 117924 Moscow, Russia
Stöße mit Fullerenen und Fullerenionen fanden vielfältige Beachtung
in den letzten Jahren. In diesem Beitrag werden absolute Wirkungsquer+
schnitte für den Elektronentransfer in Stößen einfach geladener C60
Ionen
2+
mit He2+ und C60
Ionen vorgestellt. Für die nicht resonante Reaktion
mit He2+ ergibt sich ein abfallender Wirkungsquerschnitt im untersuchten Energiebereich von 50–220 keV im Schwerpunktssystem. Die Reak2+
tion mit C60
ist resonant und keine signifikante Abhängigkeit von der
Schwerpunktsenergie im Bereich von 25–70 keV wurde beobachtet. Der
Wirkungsquerschnitt für diese Reaktion wird verglichen mit Daten für
3+
den Doppel-Elektronentransfer in C60
+C60 [1] sowie dem Elektronenein+
fang in C60
+C60 [2].
[1] H.Shen et al., Phys. Rev. A 52 (1995) 3847
[2] F.Rohmund und E.B.Campbell, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 30
(1997) 5293
A 6.2 Mo 16:45 F128
Single ionisation of molecular hydrogen by fast proton impact
— Ch. Dimopoulou1 , D. Fischer1 , R. Moshammer1 , A. Dorn1 ,
J.R. Crespo Lopez-Urrutia1 , B. Feuerstein1 , C. Hoehr1 , C.D.
Schroeter1 , S. Hagmann2 , H. Kollmus2 , R. Mann2 , B. Bapat3 , J. Ullrich1 , •Ch. Dimopoulou1 , D. Fischer1 , A. Dorn1 ,
J.R. Cr espo Lopez-Urrutia1 , B. Feuerstein1 , C. Hoehr1 , C.D.
Schroeter1 , S. Hagmann2 , = H.2 , R. Mann2 , and B. Bapat3 —
1
Max-Planck-Institut fuer Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg — 2 Gesellschaft fuer Schwerionenforschung, 64220 Darmstadt —
3
Physical Research Laboratory, Navrangpura, Ahmedabad-380 009, India
Single ionisation of molecular hydrogen by 6 MeV proton impact has
been studied in a kinematically complete experiment using COLd Target
Recoil Ion Momentum Spectroscopy (COLTRIMS). Double and triple
differential cross-sections for low-energy electron emission are presented
and compared with those obtained for single ionisation of He under the
same experimental conditions. Whenever possible, a comparison with
theoretical calculations has been made as well.
A 6.3 Mo 17:00 F128
Cold atoms as a precision target for stored ion beams —
•A. Dahlbokum1 , B. Eike1 , J. Kleinert1 , W. Salzmann1 , V.P.
Shevelko2 , D. Schwalm1 , and M. Weidemüller1 — 1 Max-PlanckInstitut für Kernphysik, Postfach 103980, 69029 Heidelberg — 2 P.N.
Lebedev Physical Institute, 119991, Russia
A magneto-optical trap for cesium atoms has been implemented into
the heavy-ion storage ring TSR in Heidelberg. The ultracold sample can
either be used as a high-precision diagnostic tool for the characterization
of ion beams or as a target for the study of ion-atom collisions.
Interactions between the Cs atoms and different ion species at energies
of 1 − 10 MeV/u are investigated. Using the well localized atom cloud
as a probe, the ion beam profile is measured with high precision and
sensitivity. The total cross section for ionizing collisions is determined
for different charge states of the projectile with an accuracy on the 10%
level. Charge transfer collisions involving inner-shell electrons of the target are analyzed by recording the final charge states for the ionized target
atoms.
Ultracold atoms as a new kind of target yield a deeper insight into collisions of highly-charged ions with complex atoms. Future applications
will be discussed.
Raum: F128
A 6.4 Mo 17:15 F128
Elektronentransfer in Li3+ + Li2+ und He2+ + Li2+ Stößen —
•Alexander Theiß, Harald Bräuning, Andreas Diehl, Roland Trassl und Erhard Salzborn — Institut für Kernphysik,
Justus-Liebig-Universität, 35392 Giessen
Am Giessener crossed-beams Experiment wurden die Ladungsaustauschreaktionen Li3+ + Li2+ → Li2+ + Li3+ sowie He2+ + Li2+ → He+
+ Li3+ für Schwerpunktsenergien im Bereich von 20 keV– 48 keV bzw.
86 keV– 138 keV untersucht. Experimentelle Schwierigkeiten, sowie erste
Ergebnisse für die totalen Wirkungsquerschnitte werden diskutiert. Die
experimentell gewonnenen, vorläufigen Daten werden mit theoretischen
Rechnungen von Lüdde et al. verglichen. Es erfolgt ein Ausblick auf
winkeldifferentielle Messungen für die resonante Reaktion Li3+ + Li2+ .
A 6.5 Mo 17:30 F128
Electron Pickup and Neutralisation in Xenon Ion - Helium
Gas Interactions — •Maria Sanchez-Vega, Ronnie Hoekstra,
Klaus Jungmann, Lorenz Willmann, and Hans W. Wilschut —
Kernfysisch Versneller Instituut, Groningen, The Netherlands
The stopping of highly charged ions in gases has been proposed as an
effective technique for rapid thermalization of energetic secondary ion
beams at radioactive isotope facilities. For further manipulation of the
slow isotopes they must be obtained in a single low charge state, preferentially singly or doubly charged. In this connection the interactions of
ions below 10% of the Bohr velocity with the host gas are of relevance,
since in this region the cross sections for neutralization exceed those for
stripping. We have employed a differentially pumped He interaction cell
where target densities in the range up to 0.3 µg/cm2 could be maintained. Xe5 + ions where obtained from an ECR source and accelerated
at the KVI atomic physics beam facility up to 100 keV total energy.
The intensities of the different resulting charge states were electrostatically analyzed. The neutral fraction was observed simultaneously on a
microchannel plate detector. The neutral fraction increases with lower
impact energies and exceeds 90% at 25 keV.
A 6.6 Mo 17:45 F128
Anticrossing-Spektroskopie am Stoßsystem He+ -He —
•Marco Busch1 , Ryszard Drozdowski2 , Thorsten Ludwig3
und Gebhard von Oppen3 — 1 Humboldt-Universitaet zu Berlin,
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultaet I, Institut fuer Physik,
Chausseestrasse 110, D-10115 Berlin, Deutschland — 2 University of
Gdansk, Institute of Experimental Physics, ul. Wita Stwosza 57,
80-952 Gdansk, Poland — 3 Technische Universitaet Berlin, Fakultaet II,
Institut fuer Atomare Physik und Fachdidaktik, Hardenbergstasse 36,
D-10623 Berlin, Deutschland
Für die Untersuchung der Ein-Elektronen-Anregung bei Ion-AtomStößen ist das fundamentale System He+ -He aus experimenteller Sicht
sehr attraktiv. Aus diesem Grund wurden viele Messungen zur Bestimmung der Wirkunsquerschnitte für die Stoßanregung von He I-Zuständen
nach He+ -He-Stößen in einem großen Energiebereich durchgeführt. Dabei zeigen insbesondere die Anregungsquerschnitte der 1snd-Zustände
im mittleren Energiebereich (30 bis 80 keV) ausgeprägte Resonanzen.
Diese Resonanzen können jedoch weder mit dem MO-Modell noch mit
der Bornschen Näherung erklärt werden. Eine Analyse von AnticrossingSpektren, die in einem äußeren elektrischen Feld gemessen wurden, zeigt,
daß die elektronische Ladungsverteilung der stoßangeregten Zustände im
Resonanzbereich sehr asymmetrisch ist. Offensichtlich werden im Resonanzbereich die parabolischen Stark-Zustände mit extremalen elektrischen Dipolmomenten selektiv besetzt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse werden die bisher unverstandenen Resonanzen mit dem PaulFallen-Modell gedeutet.
Atomphysik
Montag
A 6.7 Mo 18:00 F128
Erzeugung von Antiwasserstoff durch zweifachen Ladungstransfer — •Maximilian Herrmann1 , Heiko Pittner1 , Jochen Walz1
und Theodor W. Hänsch1,2 für die ATRAP-Kollaboration — 1 MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Straße 1, 85748
Garching — 2 Ludwig-Maximilians-Universität München, Schellingstraße 4/III, 80799 München
Die Produktion von Antiwasserstoff durch zweifachen Ladungstransfer
[1] ist aufgrund der hohen erwarteten Rate und Kontrollierbarkeit eine
interessante Methode. Hierbei wird Cäsium in einem Atomstrahl durch
einen Diodenlaser bei 852 nm (D2-Linie) und einen Kupferdampflaser bei
511 nm zweistufig in einen Rydbergzustand mit n ∼ 38 angeregt. Das
Cs* fliegt in eine Wolke 4 K kalter, gespeicherter Positronen und bildet dort durch eine erste Ladungstransfer-Reaktion Positronium hoher
Hauptquantenzahl. Das entstandene Ps* stößt dann mit kalten Antiprotonen und bildet in einer zweiten Ladungstransfer-Reaktion Antiwasserstoff. Der große geometrische Querschnitt des Ps* bzw. Cs* (∝ n4 ) und
die niedrigen relativen Geschwindigkeiten der Stoßpartner im Vergleich
zu den typischen Geschwindigkeiten des Rydberg Elektrons (Positrons)
machen dies zu einem sehr effizienten Prozess. Der Stand des Experiments und Rechnungen zur Erzeugung von Rydberg Cäsium werden
vorgestellt.
[1] E.A. Hessels, D.M. Homan, M.J. Cavagnero, Phys. Rev. A 57, 1668
(1998)
A 6.8 Mo 18:15 F128
Mechanismen der Transferionisation bei langsamen und schnellen He2+ -He - Stößen — •Lothar. Ph. H. Schmidt, M. Schöffler, J. Titze, O. Jagutzki, R. Dörner und H. Schmidt-Böcking
— Institut für Kernphysik, J. W. Goethe-Universität Frankfurt, AugustEuler-Straße 6, D-60486 Frankfurt am Main
Viele Reaktionsmechanismen in Ion-Atom-Stößen gelten nur in schnellen Stößen, so ist z.B. für den Shake off Voraussetzung, daß sich das
effektive Potential nahezu instantan ändert. Dies passiert u.a. in der
Transferionisation, wenn aus dem He-Target ein Elektron in ein schnelles
Projektil eingefangen wird und das zweite daraufhin in das Kontinuum
gelangt. Im gleichen Stoßsystem ist die Situation bei Projektilgeschwindigkeiten unterhalb 1 a.u. (klassische Bahngeschwindigkeit des Elektrons
im H) völlig anders. Es muß die Entwicklung des Anfangszustandes
während einer relativ langen Reaktionszeit verfolgt werden, um den Prozeß zu verstehen. Dabei spielen die Eigenzustände des He2 2+ -Moleküls,
welche eine geeignete Basis für die zeitabhängige Beschreibung bilden, eine zentrale Rolle. Die Symmetrieeigenschaften dieser Zustände spiegeln
sich im differentiellen Wirkungsquerschnitt wider. Mit COLTRIMS wurde der vollständig differentielle Wirkungsquerschnitt der Reaktion He2+
+ He → He+ + He2+ + e− für einen weiten Bereich von Stoßenergien
(10 keV/u bis 300 keV/u) gemessen. Anhand der Impulsverteilung der
emittierten Elektronen wird diskutiert, welche Signaturen den Modellen
für langsame bzw. schnelle Stöße zuzuordnen sind.
A 7 Elektronenstreuung
Zeit: Dienstag 11:00–12:15
A 7.1 Di 11:00 F342
Elektron-Photon-Koinzidenzmessungen an Hg 6s6p 1 P1 −→ 6s2
1
S0 — •Gregor Außendorf, Carsten Herting, Dr. und Georg Friedrich Hanne, Prof. Dr. — Westf. WilhelmsUniversität
Münster, Physikalisches Institut
Elektron-Photon-(e,eγ)-Koinzidenzmessungen
ermöglichen
in
der Atomphysik ein detailliertes Studium der Besetzung einzelner
atomarer magnetischer Unterzustände nach Anregung durch Elektronenstoß. Im vorliegenden Experiment wurden erstmals direkte
(e,eγ)-Koinzidenzmessungen der drei Stokes-Parameter am VUVQuecksilber-Übergang 6s6p 1 P1 −→ 6s2 1 S0 (185 nm) durchgeführt. Die
Anregung erfolgte durch spinpolarisierte Elektronen bei Energien von
50 eV und 100 eV.
An diesem Übergang haben Masters et al. bei einer Elektronenenergie von 100 eV bereits Messungen mithilfe der indirekten Methode der
laserinduzierten Fluoreszenz durchgeführt. Deren Ergebnisse zeigten
einen Verlust an Kohärenz des angeregten Zustands. Dieses Resultat
steht im Widerspruch zu allen bisherigen Beschreibungen, welche aufgrund des dominierenden Singulett-Charakters der Wellenfunktion und
vernachlässigbaren Spineffekten in diesem Energie- und Winkelbereich
keine inkohärente Besetzung erwarten lassen.
Ziel des aktuellen Experimentes ist es, diesen Widerspruch zu untersuchen. Erste direkte Meßergebnisse zeigen keine Anhaltspunkte für einen
Kohärenzverlust bei dem untersuchten Streuprozeß.
A 7.2 Di 11:15 F342
Hochauflösende Messungen schmaler Resonanzen in der
Elektron-Edelgas Streuung — •J. Bömmels, A. Gopalan, K.
Franz, M.-W. Ruf und H. Hotop — FB Physik, Universität
Kaiserslautern
Mit einer neuartigen Elektronenstreuapparatur wurden die niedrigsten Feshbach-Resonanzen der Edelgase Helium, Neon und Argon bei einer Energieauflösung von 4–8 meV (FWHM) untersucht. Die Elektronen
werden durch resonante Zweistufen-Photoionisation von Kalium-Atomen
mit fokussierten cw-Lasern erzeugt, durch ein schwaches elektrisches Feld
extrahiert, auf variable Energie beschleunigt und mit einem dreifach differentiell bepumpten Düsenstrahl unter 90◦ gekreuzt. Die (elastisch)
gestreuten Elektronen werden simultan von 5 Gegenfeld-Spektrometern
unter festen Winkeln (z.Zt. 22.5◦ , 45◦ , 90◦ , 112.5◦ , 135◦ ) nachgewiesen.
Zusätzlich weist ein weiterer, geeignet positionierter Detektor metastabile angeregte Edelgasatome nach. Anhand des scharfen Einsatzes der
Erzeugungsrate der metastabilen Edelgasatome kann die Energieachse
auf ≤1 meV genau kalibriert und Information über die effektive Energieauflösung erhalten werden[1]. Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Deutsche
Forschungsgemeinschaft (Forschergruppe Niederenergetische Elektronenstreuprozesse)
und das Zentrum für Lasermesstechnik und Diagnostik
Raum: F342
[1] A. Gopalan, et.al., Eur. Phys. J. D (in press)
A 7.3 Di 11:30 F342
Elektronenstoßfragmentation und -ionisation von Uracil —
•Karl Kramer1 , Frank Scheuermann1 , Erhard Salzborn1 und
Paul Scheier2 — 1 Institut für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität
Giessen, 35392 Giessen — 2 Institut für Ionenphysik, Universität
Innsbruck, A-6020 Innsbruck
Uracil-Ionen und naheliegende Derivate wurden auf ihr
Fragmentations- und Ionisationsverhalten durch Elektronenstoß hin untersucht. Das Uracil (C4 H4 N2 O2 ) wurde mittels eines leicht geheizten
Tiegels in eine 14 GHz-Elektron-Zyklotron-Resonanz Ionenquelle eingelassen. Uracil-Ionenströme bis zu 60 pA konnten im Falle positiv
geladener Molekülionen mit Massen 110 amu, 111 amu, 112 amu (Uracil), 113 amu und 114 amu extrahiert werden. Einfach negativ-geladen
konnte nur das Molekül mit Masse 111 amu extrahiert werden. Die
Molekülionen wurden mit einem intensiven Elektronenstrahl von bis zu
1 keV Elektronenenergie gekreuzt.
A 7.4 Di 11:45 F342
Mehrfache Elektronstoßionisation von Sc+ Ionen — •Jörg Jacobi, Holger Knopp, Stefan Schippers, Wei Shi und Alfred
Müller — Institut für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität, 35392
Giessen
Wirkungsquerschnitte für die Produktion von Sc2+ , Sc3+ , Sc4+ , Sc5+
und Sc6+ durch Elektronenstoßionisation von Sc1+ wurden an einer Apparatur mit gekreuzten Ionen- und Elektronstrahlen gemessen. Im Fall
der Einfachionisation sind die Beiträge der indirekten Reaktionskanäle
ungewöhnlich groß und erreichen annähernd die gleiche Stärke wie die
direkte Ionisation. Die indirekte Ionisation verläuft hauptsächlich über
die Anregung eines 3p Elektrons mit nachfolgender Autoionisation. Die
Wirkungsquerschnitte der Doppel-, Dreifach-, Vierfach- und FünffachIonisation von Sc1+ zeigen ebenfalls Beiträge von Prozessen der Innerschalenanregung mit Autoionisation sowie Resonanzen durch Elektroneinfang mit nachfolgender mehrfacher Autoionisation. Sowohl absolute
Wirkungsquerschnitte als auch der energieabhängige Verlauf der Wirkungsquerschnitte wurden in einem Energiebereich von 0 eV bis 1 keV
gemessen.
A 7.5 Di 12:00 F342
Effekte jenseits der ersten Bornschen Näherung bei (e,3e) an
Helium — •Jens Robin Götz — Theoretische Quantendynamik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, D - 79104 Freiburg
Wir betrachten (e,3e)-Prozesse an Helium mit einem schnelleren
und zwei langsamen Elektronen im Endkanal, für die kürzlich
Atomphysik
Dienstag
(Lahmam-Bennani et al. 2001) starke Abweichungen von einer Beschreibung in erster Bornscher Näherung beobachtet wurden. Das
Vier-Teilchen-Kontinuum wird durch verschiedene Näherungen bis
hin zu einer 6C-Wellenfunktion beschrieben, die sämtliche ZweiTeilchen Coulomb-Wechselwirkungen in symmetrischer Art und Weise
berücksichtigt.
Es wird gezeigt, dass die beobachteten Abweichungen von der ersten
Bornschen Näherung durch zwei Effekte hervorgerufen werden, die in
unterschiedlichen Energiebereichen bedeutsam sind.
A 8 Atom–Atom/Molekülstöße
Raum: F128
A 8.1 Di 11:00 F128
Quantum Effects in the Scattering Cross Section of 4 He Dimers
and Trimers. — •Oleg Kornilov, Rüdiger Brühl, Anton
Kalinine, and J. Peter Toennies — Max-Planck-Institut für
Strömungsforschung, Bunsenstr. 10, D-37073 Göttingen, Germany
The total scattering cross sections of the helium dimer (4 He2 ) and
trimer (4 He3 ) scattered from krypton atoms are measured in the velocity range from 250m/s to 800m/s. The clusters are selected by diffraction
from a 100nm period transmission grating. The ratio of the dimer cross
section to the He atom cross section is 2.0 ± 0.1 independent of the collision velocity. For the trimer the ratio increases from 2.0 to 2.8 with
velocity. Because of the large dimer bond distance (about 50Å) the Kr
atoms scatter impulsively from only one of the helium atoms explaining
the factor of two. This model allows the Kr atoms to pass unhindered
between the two He atoms. For the compact trimer (average radius 10Å)
a collective interaction model can explain the results. Since the trimer
can only be in the ground rotational state its cross section is successfully
simulated by distributing the three atoms uniformly on a spherical shell.
The deviations from the model may be due to a small fraction of the long
range excited Efimov state of 4 He3 in the beam.
A 8.2 Di 11:15 F128
Puffergaskühlung von H+
3 -Ionen in einer RF-Ionenfalle —
•Holger Kreckel1 , Andreas Hillenbach1 , Dieter Gerlich2 ,
Dirk Schwalm1 , Roland Wester1 und Andreas Wolf1 —
1
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117
Heidelberg — 2 Institut für Physik, Technische Universität, 09107
Chemnitz
Das dreiatomige Wasserstoffmolekülion ist eines der wichtigsten Moleküle in der interstellaren Chemie. Da die Bedingungen in interstellaren
Wolken (niedrige Dichte, Temperatur 10-60 K) eher reaktionsfeindlich
sind, kommt H+
3 durch seine hohe Reaktivität eine Schlüsselrolle bei der
Bildung größerer Moleküle zu. Zur Bildung von H+
3 im Labor genügt es
durch Ionisation von H2 folgende Reaktion einzuleiten
H2+ + H2
⇒
H3+ + H
+ 1.7eV
Die freiwerdende Enegie kann zum Teil in interne Freiheitsgrade des Molekülions übertragen werden. Da H+
3 kein permanentes Dipol-Moment
besitzt, ist die Kühlung durch spontane Emission sehr langwierig; bestimmte Rotationsmoden können eine Lebensdauer von mehreren Jahren
haben. Um dennoch in die interstellar relevanten Temperaturbereiche
vorzudringen, kann H+
3 durch Stöße mit einem kalten Puffergas gekühlt
werden. Gegenstand des Vortrags wird die Puffergaskühlung von H+
3Ionen in einer 22-Pol-Radiofrequenzfalle sein, die am MPI für Kernphysik in Zusammenarbeit mit der TU Chemnitz gebaut wurde. Ziel ist die
Präparation von rovibronisch relaxierten H+
3 -Ionen zur Injektion in den
Schwerionenspeicherring TSR am MPI für Kernphysik.
A 8.3 Di 11:30 F128
Quenching of Curve Crossing Probabilities by Quantum Reflection — •Carlo G. Meister and Harald Friedrich — Physik
Department T30, Technische Universität München,D- 85747 Garching,
Deutschland
When potential energy curves for the relative motion of two atoms in
different electronic states cross, the probability for diabatic or adiabatic
passage can be described by the Landau-Zener formula.
For near-threshold energies, close to the asymptotic value of one of
the curves, the corresponding velocity is very small at large separations.
Then quantum reflection [1], which can prevent the atoms from coming
close to the avoided crossing, becomes a dominating effect. The probabilities for transmission to smaller separations - in either electronic state
- thus vanish towards threshold, a feature not contained in conventional
Landau-Zener theory. We propose a correction which takes the effect
of quantum reflection into account so that the correspondingly modified
Landau-Zener formula remains accurate at low energies, all the way down
to threshold.
[1] H. Friedrich, G. Jacoby, and C. G. Meister, Phys. Rev. A 65,
032902 (2002)
A 8.4 Di 11:45 F128
Dreikörper-Wechselwirkungen in polarisiertem ultrakalten CsGas — •Michael Mark, Tino Weber, Jens Herbig, HannsChristoph Nägerl und Rudi Grimm — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, A-6020 Innsbruck
Wir untersuchen in einer levitierten quasi-elektrostatischen Dipolfalle (vgl. [1]) an einem Gas aus ultrakalten Cäsium-Atomen im absoluten Grundzustand F =3, mF =3 inelastische Wechselwirkungen. Aufgrund der fehlenden inneren Energie in diesem Zustand sind inelastische
Zweikörper-Wechselwirkungen unterdrückt, als niedrigste Ordnung treten Dreikörperprozesse auf.
Aufgrund von Feshbach-Resonanzen zeigt Cäsium im (3,3)-Zustand eine starke Abhängigkeit der Wechselwirkung vom Magnetfeld. Dadurch
können wir die Streulänge in einem weiten Bereich abstimmen. Bei
Temperaturen im Bereich von wenigen 100nK können wir durch Messung von Fallenverlust- und Heizraten Dreikörper-Verlustkoeffizienten direkt bestimmen. Bei verschiedenen Streulängen und Dichten können wir
Skalierungsgesetze für die Ratenkoeffizienten experimentell bestätigen.
Darüber hinaus wird bei großer Streulänge die molekulare Bindungsenergie durch Einfang des dritten Stoßpartners als Heizprozeß in der Falle
sichtbar.
Die Arbeit wird unterstützt vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) im Rahmen des SFB 15.
[1] T. Weber, J. Herbig, M. Mark, H.-C. Nägerl und R. Grimm, Science
10.1126/science.1079699.
A 8.5 Di 12:00 F128
Coulomb-Fragmentation von N2 in Ladungsaustauschprozessen
mit Argon-Ionen — •M. Ehrich, U. Werner und H.O. Lutz —
Fakultät für Physik, Universität Bielefeld, D-33615 Bielefeld
Es wurden Ladungsaustauschprozesse bei der Ionisation und Fragmentation von Stickstoffmolekülen in Stößen mit langsamen Ar2+ - und Ar3+ Ionen untersucht. Das verwendete Detektorsystem besteht aus der Kombination eines orts- und zeitauflösenden Mehrteilchen-Detektors zum kinematisch vollständigen Nachweis der Fragmentionen und einem eindimensionalen Delay-Line Detektor zur Bestimmung der Projektilladung
nach dem Stoß. Mit diesem Aufbau kann die Ionisation und Fragmentation des Targetmoleküls individuell für selektierte Ladungsendzustände des
Projektils untersucht werden. Dabei konnte generell zwischen drei verschiedenen Ionisationsprozessen unterschieden werden: reine Elektroneneinfangprozesse (ohne freie Elektronen), kombinierte Prozesse mit freien
und eingefangenen Elektronen sowie Prozesse ohne Wechsel der Projektilladung. Die gemessenen Verteilungen der Fragmentationsenergien für
diese drei Prozesse zeigen insbesondere bei kleinen Projektilgeschwindigkeiten deutliche Unterschiede.
Atomphysik
Dienstag
A 10 Photoionisation
A 10.1 Di 14:00 F128
Mehrkörper Photofragmentation — •Michael Walter, Alexei
Meremianin und John S Briggs — Universität Freiburg
Wir untersuchen die Fragmentation von Atomen und Molekülen durch
ein einzelnes Photon. Nutzt man zwei linear unabhängige Impulsvektoren um eine Basis des drei dimensionalen Raumes zu bilden, so nimmt das
Übergangsmatrixelement in Dipolnäherung eine bemerkenswert einfache
Struktur an, in der die vollständige Trennung von labor- und körperfesten
Variablen möglich ist. Symmetriebeschränkungen wie Parität und Spin
der Fragmente bestimmen weiterhin die Form des Matrixelements, insbesondere falls dies skalar ist. Die Anwendung und Konsequenzen dieses
Formalismus auf Photodoppelionisation von Helium und molekularem
Wasserstoff wird aufgezeigt und mit Modellrechnungen verglichen. Gerade beim molekularen Wasserstoff führt diese Beschreibung zu wesentlichen Vereinfachungen und zum Verständnis auch komplexer Eigenschaften, wie der des zirkulären Dichroismus.
A 10.2 Di 14:15 F128
Photoionisationsexperimente an Fe und FeCl2 im Bereich der
2p-Anregung — •Timo Wolff1 , Tobias Richter1 , Kai Godehusen2 , Michael Martins3 und Peter Zimmermann1 — 1 Institut für
Atomare Physik und Fachdidaktik, Technische Universität, Hardenbergstraße 36, D-10623 Berlin — 2 BESSY mbH, Albert-Einstein-Straße 15,
D-12489 Berlin — 3 Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, D-22761 Hamburg
Mittels Elektronenstoßheizung wurden Fe und FeCl2 verdampft und
mit monochromatisierter Synchrotronstrahlung im Bereich der 2pAnregung untersucht. Die Photoionen wurden mit einem Flugzeitspektrometer bezüglich ihrer Ladungszustände aufgenommen. Ein hochauflösendes Elektronenspektrometer diente zur Messung der kinetischen
Energie der Photoelektronen. Der Vergleich der atomaren und molekularen Spektren soll Aufschlüsse über den Einfluß der ionischen Bindung
auf die inneren Schalen von Eisen geben.
A 10.3 Di 14:30 F128
Spektroskopie von Rydbergserien zweifach angeregter
Zustände in der Nähe der Kr-4s Ionisationsschwelle —
•Stephan Klumpp1 , Lutz Werner1 , Michael Schlüter1 , Yuri
Shutov1 , Arno Ehresmann1 , Hans Schmoranzer1 , Sven Kammer2 , Sascha Mickat2 , Rüdiger Schill2 , Bernd Zimmermann2
und Karl-Heinz Schartner2 — 1 Fachbereich Physik, Universität
Kaiserslautern, D-67653 Kaiserslautern, Germany — 2 I. Physikalisches
Institut, Justus-Liebig-Universität Giessen, D-35392 Giessen, Germany
Mit photoneninduzierter Fluoreszenzspektroskopie und Messung der
Photoionenausbeute nach Anregung mit monochromatisierter Synchrotronstrahlung sehr kleiner Bandbreite (∆E = 2meV ) wurde die Photoanregung und die nachfolgende Autoionisation von zweifach angeregten
Rydbergzuständen in der Nähe der Kr-4s Ionisationsschwelle untersucht.
Es konnten dabei
erstmals
in Kr vollständige Rydbergserien (z.B. KrI
4s2 4p4 (3 P ) 5s 2 P3/2 np und
KrI 4s2 4p4 (3 P ) 5s 4 P1/2 np) beobachtet und zugeordnet werden. Die entsprechenden Strukturen in den Anregungsquerschnitten der dispergierten Fluoreszenz der Autoionisationsprodukte KrII
4s2 4p4 (3 P ) 5s 4 P5/2 und 4 P3/2 weisen symmetrische Profile auf. Dies
vereinfacht die Bestimmung der Anregungsenergien der einzelnen Rydbergniveaus. In der Photoionenausbeute zeigen sich die typischen asymmetrischen Beutler-Fano-Profile, aufgrund der Wechselwirkung mit den
direkten Photoionisationsamplituden der Kr-4s und Kr-4p Photoionisation.
A 10.4 Di 14:45 F128
3d spectator hole satellites of the Cu K emission spectrum —
•Christian Sternemann, Hartmut Enkisch, Michael Paulus,
Martin Schenkel, Winfried Schülke, and Metin Tolan — Experimentelle Physik I / DELTA Universit/”at Dortmund, D-44221 Dortmund
Resonant inelastic x-ray scattering (RIXS) spectra of the Cu Kα1 , Kβ1,3 ,
and Kβ2,5 fluorscence and its satellite lines have been measured as a function of incident photon energy at the beamlines SAW2 of DELTA and
G3 of HASYLAB. By investigating the onset and saturation behaviour of
the satellite lines their origination from 3d spectator hole states created
Raum: F128
by so called shake processes could be approved. Furthermore, the onset
behaviour of the Cu Kα shake satellites for different spectator hole states
are compared and described by the Thomas model. In order to achieve
a spectral decomposition of the measured fluorescence spectra into its
satellite and diagram lines the shape of the unoccupied density of states
as well as the influence of the resonant Raman effect on the fluorescence
spectra has been taken into account.
A 10.5 Di 15:00 F128
Spinpolarisationstransfer beim resonanten Kr 3d−1 5p Auger
Zerfall — Tarek Khalil1 , •Markus Drescher1 , Norbert
Müller1 , Nikolai Kabachnik1 , Stephan Fritsche2 und Ulrich
Heinzmann1 — 1 Universität Bielefeld, Fakultät für Physik, Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld — 2 Fachbereich Physik, Universität Gh
Kassel, 34132 Kassel
Mit zirkularpolarisierter Strahlung vom Undulator UE56/2 bei BESSY
wurde die transferierte Spinpolarisation für 1 P und 1 S Augerlinien nach
resonanter 3d3/2 → 5p (92,45 eV) bzw. 3d5/2 → 5p (91,22 eV) Anregung gemessen. Sowohl die Diagrammlinien als auch deren Korrelationsund shake-up Satelliten weisen einen ausgeprägten und sehr ähnlichen
Polarisationstransfer von > 60% auf. Die im Rahmen einer begleitenden theoretischen Untersuchung berechneten Werte stimmen sehr gut
mit den experimentellen Daten überein. Demnach sind die beobachteten Übergänge überwiegend durch eine einzelne auslaufende Partialwelle
bestimmt.
A 10.6 Di 15:15 F128
Das Fano Profil der Autoionisationslinien: was sagt es wirklich? — •U. Eichmann1,2 , T.F. Gallagher1,3 und W. Sandner1,4
— 1 Max-Born Institut, 12489 Berlin — 2 TU Berlin, Institut für atomare
Physik und Fachdidaktik, 10623 Berlin — 3 Permanente Adresse: University of Charlottesville, USA — 4 TU Berlin, Optisches Institut, 10623
Berlin
Die Linienformen von Autoionisationsresonanzen, die sich aus der Interferenz der Resonanzanregung und der direkten Kontinuumsanregung
ergeben, werden mit Hilfe des Fano’schen q-Parameters beschrieben, der
häufig mit dem dem Verhältnis der Anregungsamplituden gleichgesetzt
wird (basierend auf einer unvollständigen Interpretation von Fano’s Artikel, Phys. Rev. 124, 1866, (1961)). Danach liefert die reine Resonanzanregung (q = ∞) eine lorentzförmige Linie und die reine Kontinuumsanregung (q=0) eine Windowresonanz, während die Interferenz
beider Anregungen die bekannten asymmetrischen ”Fano-Profile” ergibt.
Im Gegensatz dazu zeigen wir Serien von doppelt laserangeregten Autoionisationszuständen in Sr, bei denen ausschliessliche Kontinuumsanregung (q=0) zu lorentzförmigen Absorptionsprofilen führt und nicht
zu den vorhergesagten Window-Resonanzen. Wir zeigen darüberhinaus anhand einer bekannten Verallgemeinerung der Fano-Theorie, dass
sämtliche Fano-Profile alleine durch Kontinuumsanregung (q=0) erreicht
werden können, und dass man aus asymmetrischen Linienprofilen nicht
auf den q-Parameter bzw. eine Interferenz in den Anregungsprozessen
schliessen kann. Wir erwarten, dass dieses Ergebnis Auswirkungen auf
bisherige spektroskopische Interpretationen hat.
A 10.7 Di 15:30 F128
Doppelt hoch angeregte Zustände von Helium. Winkel- und
energieaufgelöste Messungen auf beiden Seiten der Doppelioniationsschwelle. — •Achim Czasch, Markus Schöffler,
Thorsten Weber, Matthias Weckenbrock, Sven Schößler,
Till Jahnke, Jasmin Titze, Christine Wimmer, Mirko Hattaß, Susanne Kammer, Stefan Voss, Andre Staudte, Lothar
Schmidt, Horst Schmidt-Böcking und Reinhard Dörner — Institut für Kernphysik, J.W. Goethe Universität Frankfurt am Main
Es werden Ergebisse zur ersten vollständig differentiellen Messung
(winkel- und energieaufgelöst) der Einfach- und Doppelionisation von
Helium nahe unter und über der Doppelionisationsschwelle gezeigt.
Die 4π-Raumwinkelakzeptanz unseres Spektrometers läßt es zu, selbst
in der Region über n = 11 genug Statistik für winkelaufgelöste Messungen zu sammeln und alle Endzustände des zurückbleibenden He+ -Ions
gleichzeitig zu erfassen und zu trennen. Ziel der Messung ist es, die
Photonenergie über einen großen Bereich von einigen 100 meV zu scannen und dabei Fluktuationen der partiellen Wirkungsquerschnitte und
Winkelverteilungen quantitativ nachzuweisen.
Atomphysik
Dienstag
A 11 Postersitzung 1
A 11.1 Di 16:00 Poster
Extraction of highly charged ions at the Berlin EBIT —
•Frances Allen, Christoph Biedermann, and Rainer Radtke
— Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Bereich Plasmadiagnostik,
EURATOM Association, D-10117 Berlin, Germany
Electron Beam Ion Traps (EBIT) are used for the selective production
of highly charged ions (HCI) of low temperature. At the Berlin EBIT
such HCIs have been extracted from the trap using a newly installed
beamline. The extraction characteristics of the set-up and the analysis
system are described. The ion beam composition is studied by time-offlight ion mass spectrometry and compared with data from x-ray emission
spectroscopy of the ion trap inventory. It is intended to direct the low
energy, highly charged ion beam onto a gas target to investigate charge
exchange processes.
Emissionscharakteristik von Photoelektronen aus GaAsKathoden — •Claus Dieter Schröter, Artem Rudenko,
Alexander Dorn, Robert Moshammer und Joachim Ullrich —
Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg, Saupfercheckweg
1
Zur Untersuchung der Photoelektronenemission von GaAs-Kathoden
wurde ein neuartiges Spektrometer aufgebaut, das die Detektion sehr
niederenergetischer Elektronen (Energien bis max. 300 meV ) erlaubt.
Die Photoelektronen werden mit Hilfe eines homogenen elektrischen Feldes auf einen positionsempfindlichen Detektor abgebildet. Die Flugzeit
der Elektronen und der Auftreffort auf dem Detektor werden gemessen.
Aus diesen Meßdaten werden longitudinale und transversale Energieverteilungskurven extrahiert, die Aufschluß über den PhotoelektronenEmissionsprozeß geben. Erste Meßergebnisse werden vorgestellt.
Novel Source for Atomic Beams of Metastable Gases: Design and Performance — •Martin Dürr, Maarten DeKieviet,
Sascha Epp, and Frank Lang — Physikalisches Institut,Universität
Heidelberg,Philosophenweg 12,D-69120 Heidelberg
Across many scientific communities there is an increasing interest
in high flux sources of metastable species(e.g. lithography, BEC). We
present a novel and simple design, based on micro structured electrodes,
for producing truly thermal metastable beams. ToF data prove that the
expansion is supersonic with speed ratios up to 8.5 and an internal temperature of less than 10 K. We show that this source works equally for
many different gases (He ,Ne ,Kr ,Ar ,H2 ,N2 ,O2 , etc). In addition,
the source can be cooled easily to cryogenic temperatures. The further prospect is to produce a LN2 cooled atomic beam of spin polarized
groundstate 3 He.
TRIµP - Radioactive Isotope Trapping Facility at KVI — •U.
Dammalapati, G.P. Berg, P. Dendooven, O. Dermois, M.N.
Harakeh, R. Hoekstra, K. Jungmann, R. Morgenstern, A. Rogachevskiy, M. Sanchez-Vega, R. Timmermans, E. Traykov, L.
Willmann, and H.W. Wilschut — Kernfysisch Versneller Instituut,
Groningen, The Netherlands
At the Kernfysisch Versneller Instituut (KVI) a user facility (TRIµP)
for trapping radioactive isotopes is being set up. A wide spectrum of
radioactive isotopes will be produced in direct, in fission, and in fusionevaporation reactions using inverse kinematics. The facility will be based
on heavy ion beams from the superconducting AGOR cyclotron. The reaction products will be separated from the primary beam in a magnetic
device. The isotopes of interest shall be slowed down in a gas volume.
Radial confinement will be provided by a radiofrequency quadrupole system. After neutralization the atoms will be cooled to below mK temperatures and stored in an atom trap (magneto optical trap). Among
the systems of particular interest to the local group are certain Ne, Na
and Ra isotopes for studies fundamental interactions and symmetries.
The focus here is on precision studies of nuclear β-decays, through β–
neutrino(recoil nucleus) correlations and searches for permanent electric
dipole moments. The facility will be open for use by outside scientific
groups.
Raum: Poster
Individual and Center-of-Mass Oscillations, Fractional Frequencies and Threshold behaviour in the Axial Oscillation of Electrons in a Penning Trap — •C. Angelescu, G. Tommaseo, P.
Paasche, T. Valenzuela, and G. Werth — Universität Mainz, Institut für Physik, 55099 Mainz
The ion motion in Penning trap can be regarded as a system of harmonic oscillators. It offers the possibility to study anharmonic characteristics when parametrically excited by an external periodical driving force.
In our experiment we excited a stored electron cloud in a Penning trap by
applying an additional quadrupole rf-field to the endcaps. We observed
phenomena such as individual and center-of-mass oscillations of an electron cloud and fractional frequencies to the axial oscillations which show
a characteristic threshold behaviour. This can be explained with the existence of a damping mechanism affecting the electron cloud; a minimum
value of the excitation amplitude is required in order to overcome the
damping. The threshold amplitude shows a different behaviours for odd
or even fractions of the oscillation frequency.
[1] Landau and Lifshitz, Mechanics(Pergamon, Oxford, 1960)
[2] Razvi et al., Phys. Rev. A 58, R 34 (1998)
Ein 2π Spektrometer für Elektron-Koinzidenz-Experimente an
Oberflächen — •M. Hattass1 , T. Jalowy1 , A. Czasch1 , O. Jagutzki1 , Th. Weber1 , T. Jahnke1 , M. Schöffler1 , S. Schössler1 , C. Winkler2 , J. Kirschner2 , R. Dörner1 und H. SchmidtBöcking1 — 1 Institut für Kernphysik der J.W.Goethe Universität,
August-Euler-Str. 6, 60486 Frankfurt am Main — 2 Max-Planck-Institut
für Mikrostrukturphysik, 06120 Halle/Saale
Es wird ein Spektrometer für Elektron-Koinzidenz-Experimente an
Oberflächen vorgestellt. Das Spektrometer basiert auf der time-of-flightTechnik in Kombination mit einem positionsempfindlichen Detektor. Die
spezielle Geometrie der Verzögerungsleitung zur Ortsauslese ermöglicht
dabei einen nahezu Totzeit-freien Nachweis von zwei Elektronen. Durch
eine Kombination von elektrischen und magnetischen Führungsfeldern
kann der gesamte 2 π Raumwinkel über der Probe für Elektronenenergien bis ca. 50 eV abgebildet werden. Die erreichbare Energieauflösung
liegt dabei zur Zeit bei etwa ∆ E/E = 1/20. Die Anwendung des Spektrometers in (γ,2e) und (p,2e) Reaktionen an Oberflächen wird vorgestellt.
Entwicklung ortsauflösender planarer Germaniumdetektoren
zur Spektroskopie hochenergetischer Röntgenstrahlung —
•Uwe Spillmann1,2 , D. Banas1,3 , H. F. Beyer1 , A. Gumberidze1,2,4 , C. Kozhuharov 1 , T. Krings5 , X. Ma6 , A. Muthig Orsic1 ,
D. Protic5 , T. Stöhlker1,2 und S. Tachenov1,2 — 1 Gesellschaft
für Schwerionenforschung, D-64291 Darmstadt, Germany — 2 Institut
für Kernphysik, University of Frankfurt, Germany — 3 Institute of
Physics Swietokrzyska Academy, 25-406 Kielce, Poland — 4 Tbilisi
State University, Georgia — 5 Forschungszentrum Jülich, Institut für
Kernphysik, 52425 Jülich, Germany — 6 Institute of Modern Physics,
Lanzhou, China
Energie- und ortsauflösende planare Germaniumdetektoren bieten einmalige Möglichkeiten zum Studium von Röntgenstrahlung im Energiebereich oberhalb von 20 keV. Hier sind im Besonderen Polarisationsmessungen und Präzissionsmessungen mit Kristallspektrometern zu nennnen.
Zentraler Gegenstand der aktuellen Arbeit ist die Analyse der geometrischen und elektronischen Responsfunktion von Pixel- und Streifendetektoren aus hochreinen Germanium.
Ein 00 - Elektronenspektrometer im ESR — •Siegbert Hagmann1,2 , Thomas Stoehlker1 , Joachim Ullrich3 , Christophor
Kozhuharov4 , Robert Moshammer3 , Holger Kollmus3 , Rido
Mann4 , Muaffaq Nofal1 und Natallja Lineva4 — 1 Inst. f. Kernphysik, Universität Frankfurt — 2 Dept. of Physics, Kansas State Univ.
Manhattan, Kansas USA — 3 Max Planck Institut f. Kernphysik — 4 GSIDarmstadt
Wir haben ein 00 -Elektronenspektrometer für kinematisch vollständige
(e,2e) Spektroskopie, ELC- und ECC-Cusp Spektroskopie im ESR Spei-
Atomphysik
cherring der GSI gebaut. Das Spektrometer besteht aus einer 600 Dipol - Quadrupoltriplett - 600 Dipol Anordnung und wird einen 2Dortsempfindlichen Elektronendetektor erhalten, so daß Vektorimpulse der
in Vorwärtsrichtung emittierten Elektronen bestimmt werden können.
Wir diskutieren die sich aus diesen Anforderungen ergebenden elektronenoptischen Eigenschaften des Instruments. In der ersten Aufbaustufe
wurden mit einem Si(Li)Detektor, der statt des 2D- ortsempfindlichen
Detektors eingesetzt wurde um unabhängig die Energie der nach Impuls
analysierten Teilchen zu messen, Cusp- sowie Binary-Encounter Spektren
fuer U 88+,89+ gemessen. Erste Ergebnisse werden vorgestellt.
Eine Mikro-Ionenquelle auf der Basis von HochdruckGasentladungen — •Sven Schössler1 , Oliver Hohn1 , Till
Jahnke1 , Angela Bräuning-Demian2 , Cristina Penache1 ,
Lutz Spielberger1 , Reinhard Dörner1 und Horst SchmidtBöcking1 — 1 Institut für Kernphysik, J.W.Goethe Universität
Frankfurt, August-Euler-Straße 6, D-60486 Frankfurt am Main —
2
Gesellschaft für Schwerionenforschung, Darmstadt
Die Erzeugung von Ionenstrahlen ist von grundlegender Bedeutung sowohl in der Atom- und Plasmaphysik als auch für zahlreiche technische
Anwendungen, etwa in der Oberflächenbearbeitung. Alle diese Anwendungen erfordern intensive Quellen, um ausreichend hohe Reaktionsraten zu erreichen. Die üblicherweise verwendeten Quellen sind jedoch
beschränkt durch ihren geringen Arbeitsdruck. Präsentiert wird eine
kompakt aufgebaute Quelle für niedrig geladene, extrem kalte Ionen, die
auf einer Hochdruck-Mikroentladung basiert. Durch einfaches Skalieren
der Dimensionen klassischer Niederdruck-Entladungen wurde ein MikroElektrodensystem gefunden, das zur Erzeugung von nicht-thermischen,
homogenen Entladungen bei Gasdrücken von einigen 100 kPa (einigen
bar)geeignet ist.
A 11.10 Di 16:00 Poster
Experimente mit hochgeladenen Xenonionen an der Dresden
EBIT — •Günter Zschornack1 , Frank Grossmann2 , Ulrich
Kentsch1 , Steffen Landgraf1 , Vladimir P. Ovsyannikov2 , Mike Schmidt1 , Falk Ullmann2 , Stefan Fritzsche3 und Alexander Surzhykov3 — 1 Technische Universitaet Dresden, Institut fuer Kern- und Teilchenphysik, Mommsenstr. 13, 01062 Dresden —
2
Leybold Vakuum Dresden GmbH, Zur Wetterwarte 50, 01109 Dresden — 3 Universitaet Kassel, Institut fuer Theoretische Physik, HeinrichPlett-Strasse 40, 34132 Kassel
Die Dresden EBIT ist eine kompakte, langzeitstabile Elektronenstrahlionenfalle (EBIT), die im Gegensatz zu klassischen EBIT bei Raumtemperatur Ionen hoher Ladungszustände zu erzeugen vermag. Der erreichte Ionisationsfaktor erlaubt es u.a. Xe44+ -Ionen und Ionen benachbarter
Ladungszustände zu erzeugen. Dies wird an Hand von energie- und wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie bei verschiedenen Betriebsregimen der EBIT untersucht und es werden die aktuellen Ionenladungsverteilungen bestimmt. Ebenso werden Röntgenspektren für die Wechselwirkung von Xenonionen mit Kohlenstofftargets vorgestellt und erste Experimente zur magnetischen q/A-Analyse extrahierter Xenonionen
werden diskutiert. Auf das Anwendungspotential der Dresden EBIT für
Grundlagenuntersuchungen und für die Nanotechnologie wird verwiesen.
A 11.11 Di 16:00 Poster
Neue Energie-Niveaus gerader und ungerader Parität des Ta
181-Atoms — •Notburga Jaritz1 , Dieter Messnarz2 , Rolf Engleman3 , Hellmut Jäger1 , Laurentius Windholz1 und Günter
H. Guthöhrlein2 — 1 Institut für Experimentalphysik, Technische Universität Graz, Petersgasse 16, A-8010 Graz — 2 Laboratorium für Experimentalphysik, Universität der Bundeswehr Hamburg, Holstenhofweg 85,
D-22043 Hamburg — 3 University of New Mexico, Albuquerque, NM
Untersuchungen der Hyperfein-Struktur des Ta I-Atoms mittels laserspektroskopischer Anregung von Spektrallinien im Bereich 420-450nm,
480-510nm und 630-680nm führte zur Entdeckung neuer Energieniveaus und ermöglichte die Klassifikation zahlreicher Ta I-Linien, die aus
hochaufgelösten Fourier- transformations-Spektren entnommen wurden.
Mithilfe einer parametrischen Analyse der TaI-Energieniveaus beider Paritäten konnten in der Mehrzahl der Fälle die Konfiguration und Termzugehörigkeit der neuen Niveaus bestimmt werden.
Dienstag
A 11.12 Di 16:00 Poster
Parametrische Analyse der Feinstruktur des Tantal-Atoms —
•Dieter Messnarz und Günter H. Guthöhrlein — Lasertechnik
und Werkstoffkunde, Universität der Bundeswehr Hamburg, Holstenhofweg 85, 22043 Hamburg
Angeregt durch eine Vielzahl neuentdeckter Energieniveaus des TantalAtoms haben wir eine umfangreiche semiempirische Analyse der Feinstruktur mittels des Programmpaketes von R.D. Cowan [1] durchgeführt.
Bei vier untersuchten Konfigurationen gerader Parität wurden zur Anpassung 73 Energieniveaus verwendet. Die Ergebnisse sind in guter
Übereinstimmung mit einer von J. Dembczyński et al. [2] durchgeführten
Analyse und werden mit dieser verglichen. Im Gegensatz dazu gab es für
das System ungerader Parität noch keine vergleichbaren Arbeiten. Erste
Ergebnisse eines Fits von 5 Konfigurationen unter Berücksichtigung von
195 Niveaus werden präsentiert. Aus den Rechnungen vorhergesagte
Niveaus konnten in einigen Fällen experimentell bestätigt werden.
[1] R.D. Cowan, The Theory of Atomic Structure and Spectra, University
of California Press, Berkeley (1981). PC-Version von Yu.V. Ralchenko,
A.E. Kramida, Institute for Spectroscopy at Troitsk, Moscow.
[2] J. Dembczyński, B. Arcimowicz, G.H. Guthöhrlein, L. Windholz, Z.
Phys. D 39, 143 (1997).
A 11.13 Di 16:00 Poster
Stand der Klassifikation des Praseodym Atomspektrums
(Pr I) — •Hans-Otto Behrens, Marion Bette, Günter
H. Guthöhrlein, Günther Helmrich und Dieter Messnarz
— Lasertechnik und Werkstoffkunde, Universität der Bundeswehr
Hamburg, Holstenhofweg 85, 22043 Hamburg
Es wird eine zusammenfassende Darstellung der in den letzten Jahren
durchgeführten Untersuchungen am Praseodym-Atom gegeben.
Die Klassifikation der Linien und die Identifikation neu entdeckter Niveaus erfolgten über die Vermessung und Interpretation der Hyperfeinstrukturen unter Einsatz der laserinduzierten Fluoreszenz. Hierzu werden
die Atome in einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten HohlkathodenGasentladungsplasma erzeugt. Die an ca. 1800 Spektrallinien gewonnenen Ergebnisse haben dazu geführt, dass die Anzahl der bekannten
Energieniveaus zwischenzeitlich mehr als verdoppelt werden konnte.
A 11.14 Di 16:00 Poster
Starkes Alignment beim Lyman-α1 -Übergang im wasserstoffähnlichen Uran — •A. Oršić Muthig1,2 , Th. Stöhlker1,2 ,
A. Gumberidze1,2 , S. Fritzsche3 , D. Banaś1,4 , S. Hagmann1,5 , C.
Kozhuharov1 , D. Sierpowski1 , U. Spillmann2,1 , A. Surzhykov3
und S. Tachenov1 — 1 GSI, Planckstrasse 1, D-64291 Darmstadt
— 2 IKF, August-Euler-Strasse 6, D-60486 Frankfurt — 3 Fachbereich
Physik, Universität Kassel, D-34132 Kassel — 4 Institute of Physics, Świȩtokrzyska Academy, Kielce, Poland — 5 J. R. MacDonald
Laboratory, Kansas State University, Manhattan KS
Kürzlich wurde bei dem Lyman-α1 Übergang im wasserstoffähnlichen
Uran über eine Interferenz zwischen dem dominierenden E1-Zerfallskanal
und dem schwachen M2-Zweig berichtet [1]. Diese Interferenz beeinflusst
die Winkelverteilung der emittierten Photonen deutlich. Die Untersuchungen wurden mit nackten Uranionen hoher Energie durchgeführt [2].
Als Target kamen Gase niedrigerer Ordnungszahl zum Einsatz. In diesem neuen Experiment wurde die systematische Unterschung zu kleineren
Strahlenergien fortgesetzt. Die neuen Daten weisen einen beinahe resonanzähnlichen Verlauf des Alignmentparameters auf.
[1] A. Surzhykov et al., Phys. Rev. Lett.88, 153001 (2002)
[2] Th. Stöhlker et al., Phys. Rev. Lett.79, 3270 (1997)
A 11.15 Di 16:00 Poster
Relativistic time dilation - A new limit for deviations from
Special Relativity — •Guido Saathoff1 , Sergej Karpuk2 , Udo
Eisenbarth1 , Gerhard Huber2 , Sven Krohn1 , Raquel MuñozHorta1 , Sascha Reinhardt1 , Dirk Schwalm1 , Matthias Weidemüller1 , Andreas Wolf1 , and Gerald Gwinner1 — 1 MaxPlanck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg, Germany — 2 Institut
für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz, Germany
The frequency measurement of Doppler-shifted optical lines of ions circulating in a storage ring at high speed permits a sensitive test of the
relativistic Doppler-formula and, hence, the time dilation factor γSR of
Special Relativity. The resonance frequency of such a line is measured for
the light travelling parallel and antiparallel with respect to the ion beam.
Special Relativity requires the product of those two frequencies be equal
Atomphysik
to the square of the ions’ rest-frame frequency. A deviation from this relation would indicate a breakdown of the theory. Previous measurements
at the storage ring TSR in Heidelberg on a Λ-type three-level system in
7
Li+ at v = 0.065c gave a new, improved limit, but were hampered by
a large broadening of the linewidth. Recently, we have identified this
broadening of the Λ-resonance to be caused by velocity changing processes in the storage ring. Saturation spectroscopy on a two-level system
in 7 Li+ has proven to be largely immune against these effects and has,
together with an improved control of several systematic error sources, led
to a further improved upper limit for deviations from time dilation, making the storage ring measurement one order of magnitude more accurate
than other experiments.
A 11.16 Di 16:00 Poster
X-ray Transitions Studied for Decelerated Bare and H-like
Uranium Ions at the ESR Electron Cooler — •Alexandre
Gumberidze1,2,3 , Thomas Stöhlker1,2 , Genia Bednarz4 , Heinrich Beyer1 , Fritz Bosch1 , X. Cai5 , Siegbert Hagmann1,2 ,
Otto Klepper1 , Christophor Kozhuharov1 , Dieter Liesen1 ,
Xinwen Ma5 , Paul Mokler1 , Dominik Sierpowski4 , Zbigniew
Stachura6 , Markus Steck1 , Sven Toleikis1 , Andrzej Warczak4 , and Y. Zou7 — 1 GSI-Darmstadt, Germany — 2 IKF, Univ. of
Frankfurt, Germany — 3 Tbilisi State University, Georgia — 4 Institute
of Physics, Cracow University, Poland — 5 IMP, Lanzhou, China —
6
INP, Cracow, Poland — 7 Fudan University, Shanghai, China
Here we report on X-ray spectra induced by spontaneous capture of
free electrons into decelerated bare and hydrogen like uranium ions which
we measured recently at the cooler section of the ESR storage ring. The
most intense lines observed in spectra can be attributed to direct transition of electrons into the K shell of the projectile ions and to characteristic L −→ K (Lyα) transitions. Radiative recombination lines into the K
shell of bare and H-like uranium can be exploited for measuring the twoelectron contribution to the ground state binding energy in helium-like
uranium. The goal is to probe for high-Z ions bound-state QED corrections which are of the order of α2 . Besides the dominant characteristic L
−→ K transitions, the strongly reduced bremsstrahlung (due to the low
cooler voltage applied to the decelerated ions) allowed us to observe for
the very first time RR transitions into the L shell as well as the balmer
radiation located at the low energy part of the spectra.
A 11.17 Di 16:00 Poster
Visible spectroscopy of trapped highly charged ions at the Heidelberg EBIT -Isotop effect- — •R. Soria Orts, V.M. Shabaev,
H. Tawara, J.R. Crespo López-Urrutia, and J. Ullrich —
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, D-69117 Heidelberg
We have measured with very high accuracy (≤1 ppm) the wavelengths
of the forbidden transitions in higly charge ions of krypton (Kr XVIII,
Kr XIX, Kr XXIII) and argon (Ar XIV) in the visible range. The isotope
effect has also been investigated in 86 Kr and 84 Kr. These ions have been
produced and trapped in the Heidelberg EBIT. To obtain the spectra a
Cerny-Turner spectrometer was used with 1200 l/mm grating combined
with a liquid N2 cooled CCD detector. The spectrometer is mounted
at 90 degrees /deg relative to the electron beam axis. Between the ion
trap and the entrance slit of the spectrometer an optic system rotates the
horizontal beam image into the vertical spectrometer slit. For the wavelength calibration a hollow-cathode iron lamp was used. The calibration
was carefully repeated before and after each measurement. Furthemore
careful analysis of the isotopic effects are under way.
A 11.18 Di 16:00 Poster
Doppler-free spectroscopy using magnetically induced dichroism of atomic vapor — •Torsten Petelski, Marco Fattori,
Giacomo Lamporesi, Juergen Stuhler, and Guglielmo Tino —
Dipartimento di Fisica, LENS - Universita di Firenze, PoloScientifico
dell’Universita di Firenze, Via Sansone 1, I-50019 Seto Fiorentino, Italy
A new Doppler-free spectroscopic method is demonstrated and tested
on 87Rb and 85Rb vapor. By using a magnetic field to induce a dichroism
on the sample, a dispersive signal with low background can be obtained,
allowing the lock of a laser even on small spectroscopic features. This
simple and easy method is compared to other common spectroscopic
methods.
Dienstag
A 11.19 Di 16:00 Poster
Quantum adiabatic invariants for the combined trap —
•Viorica Gheorghe1,2 , Alexandru Cezar Gheorghe3 , and
Günther Werth1 — 1 Institut für Physik, Johannes-Gutenberg
Universität, D-55099, Mainz, Deutschland — 2 National Institute
for Laser, Plasma and Radiation, Bucharest, Romania — 3 National
Institute of Physics and Nuclear Engineering, Bucharest, Romania
We apply the techniques of adiabatic invariants and operator constants
of motion [1] to the quantum dynamics of a charged particle confined in
a combined trap, and construct suitable linear and quadratic integrals of
motion. With the help of these operators we derive the coherent states,
the quasienergy wavefunctions and the Wigner functions for a charged
particle in a combined trap. Moreover, we obtain dispersions, correlation
coefficients and geometric phases. The obtained results agree with the
coherent state approach from [2].
[1] G. Schrade, V.I. Man’ko, W.P. Schleich, and R.J. Glauber: Quantum Semiclass. Opt. 7, 307 (1995)
[2] V.N. Gheorghe and G. Werth: EPJ D 10, 197 (2000)
A 11.20 Di 16:00 Poster
Towards Laser Spectroscopy of the 2s State Hyperfine
Splitting in Lithium-like 209 Bi80+ — •Rodolfo Sánchez1 ,
Andreas Dax2 , Guido Ewald1 , Siegbert Hagmann1 , H.Jürgen Kluge1 , Christophor Kozhuharov1 , Thomas Kühl1 ,
Wilfried Nörtershäuser1,3 , Thomas Stöhlker1 , and Marco
Tomaselli1,4 — 1 GSI Darmstadt, Germany — 2 PSI, Villigen, Switzerland — 3 Universität Tübingen, Germany — 4 Technische Universität,
Darmstadt, Germany
Measurements of the ground-state hyperfine splitting (hfs) in hydrogenlike heavy ions can be used to test QED in extremly strong electric
and magnetic fields. Previously, laser spectroscopy has been performed
at the experimental storage ring (ESR) at GSI for hydrogenlike 209 Bi82+
and 207 Pb81+ [1]. However, the theoretical interpretation of those results
is hampered by the fact that the contribution of nuclear magnetization
(Bohr-Weisskopf effect) is of similar size as the QED contribution. Recently, theoretical calculations of Shabaev [2] have shown that the QED
effect can be probed on the level of a few percent in a specific difference
between the hfs of the 1s state of hydrogenlike bismuth and the 2s state
of lithiumlike bismuth. Thus, a beamtime for the hfs measurement of
209
Bi80+ is currently under preparation at GSI. In order to increase the
efficiency of fluorescence detection, we are testing the possibility of using
avalanche photodiodes for single-photon counting.
[1] Klaft et al., PRL 73, 2425 (1993); Seelig et al., PRL 81, 4824 (1998)
[2] V. M. Shabaev et al., PRL 86, 3959 (2001)
A 11.21 Di 16:00 Poster
Optical Pumping Effects Observed for Pr+ in a Paul Trap
— •Ewa Stachowska, Adam Buczek, Boguslaw Furmann,
Danuta Stefanska, Gustaw Szawiola, Wojciech Koczorowski,
and Adrian Walaszyk — Chair of Atomic Physics Poznan University
of Technology
Spectroscopic investigations of praseodymium ions stored in a Paul
trap allowed some effects to be observed, which have not been analysed
with this method yet. The complex and dense spectrum of praseodymium
ion and the hyperfine structure which causes spreading of spectral lines
yield cases of partial overlapping of two different lines. In such cases it
is possible to simultaneously excite two different optical transitions with
the same laser at frequency range where their structures overlap. The
optical pumping process observed in this spectral region can be used in
investigation and manipulation of metastable levels population of Pr+ in
a Paul trap. This work is supported by PBZ/KBN/043/P03/2001
A 11.22 Di 16:00 Poster
Ionisation und Fragmentation von Kohlenwasserstoffen in
Stößen mit H+ und He+ -Projektilen — •S. Hülsmann, B.
Siegmann, U. Werner und H.O. Lutz — Fakultät für Physik,
Universität Bielefeld, 33615 Bielefeld
Das Fragmentationsverhalten von einfachen Kohlenwasserstoffen, wie
z.B. Methan oder Ethylen, wurde in Stößen mit 5 – 300 keV H+ und He+
Projektilen untersucht. Hierzu wurde ein Flugzeitspektrometer mit einem orts- und zeitauflösenden Multi-Hit-Detektor verwendet, der es auch
ermöglicht gleichzeitig auftreffende Fragmentionen getrennt nachzuweisen. Mit diesem experimentellen Aufbau können neben relativen Wirkungsquerschnitten für die Produktion einzelner Ionen (z.B. CH+
4 oder
Atomphysik
+
+
+
C+ ) auch solche für spezifische Kanäle (z.B. CH+
3 + H oder CH2 + H2 )
bestimmt werden. Werden alle aus einer Dissoziation stammenden Fragmente nachgewiesen, so ist zudem eine kinematisch vollständige Analyse
des Fragmentationsprozesses möglich, wobei neben der kinetischen Energie der Fragmente auch Winkelkorrelationen untersucht werden können.
A 11.23 Di 16:00 Poster
Multi-electron capture from cold Na atoms — •Steven Knoop,
Annemieke Hendrickx, Reinhard Morgenstern, and Ronnie Hoekstra — KVI, Atomic Physics, Rijksuniversiteit Groningen,
Zernikelaan 25, NL 9747 AA Groningen, The Netherlands
We study collisions between low energy ions and ultra-cold Na atoms,
using the techniques of Magneto-Optical Trapping and Recoil Ion Momentum Spectroscopy (MOTRIMS) [1-3]. By measuring the minute recoil momenta of the target ions, detailed information about ion-atom
collision can be obtained.
Last year we designed and built a new apparatus. The drift region
has been enlarged to obtain longer flight times and three rings before
the entrance of the drift region assure the possibility of simultaneously
time and spatial focusing. Simulations show that this should lead to an
improvement in resolution with a factor of 5-10 (< 1 eV), meaning that
state selective measurements would become feasible.
We plan to present new higher-resolution experimental results, especially on multi-electron capture processes in He2+ -Na collisions at keV
energies. For this collision we found evidence in previous experiments
that besides true electron capture processes, ionization plays a role as
well, leading to the creation of Na3+ recoils. Resolving the final state of
Na3+ recoils would for instance reveal how electron spin is conserved in
multi-electron processes.
[1] J. W. Turkstra, et al., Phys. Rev. Lett. 87, 123202 (2001).
[2] M. v. d. Poel et al., Phys. Rev. Lett. 87, 123201 (2001).
[3] X. Flèchard et al., Phys. Rev. Lett. 87, 123203 (2001).
A 11.24 Di 16:00 Poster
Exclusive production of the n=2 S-states in He-like uranium —
•Dariusz Banas1,2 , Thomas Stöhlker1,3 , Heinrich F. Beyer1 ,
Fritz Bosch1 , Angela Bräuning-Demian1 , Alexandre Gumberidze1,3,4 , Siegbert Hagmann1 , Christophor Kozhuharov1 ,
Xinwen Ma1,5 , Paul H. Mokler1 , Rido Mann1 , Andreas Orsic Muthig1,3 , Dominik Sierpowski6 , Zbigniew Stachura7 , Uwe
Spillmann1,3 , Stanislav Tachenov1,3 und Andrzej Warczak6 —
1
GSI-Darmstadt, Germany — 2 Institute of Physics, Swietokrzyska Academy, Kielce, Poland — 3 Institute für Kernphysik, University of Frankfurt, Germany — 4 Tbilisi State University, Georgia — 5 Institute of
Modern Physics, Lanzhou, China — 6 Jagiellonian University, Krakow,
Poland — 7 Institute of Nucler Physics, Cracow, Poland
In the presented experiment we concentrate on the process of K-shell
ionization in 378 Mev/u U89+ −→ N2 collision. The obtained spectra are
entirely governed by an intense single L −→ K transition and a broad
continuum distribution. The broad continuum can be explained by the
two-photon decay (2E1) of the [1s1/2 , 2s1/2 ] 1S0 level. Consequently,
the single Kalpha line observed arises exclusively from the M1 decay of
the [1s1/2 , 2s1/2 ] 3S1 state. To the best of our knowledge, no other process occurring in high-Z ion-atom collisions is known with such a high
state selectivity. This also means that the 2S-electron stays passive during a collision leading to K-shell ionization because no decay from the
neighboring excited P-states is observed. This effect gave us also the unique possibility to measure ”not distorted” lines from decay of the n=2
S-states in He-like uranium.
A 11.25 Di 16:00 Poster
Orientierungseffekte beim dissoziativen Elektroneneinfang in
HeH+ - Molekülen — •Martin Trummel, L. Ph. H. Schmidt,
O. Jagutzki, C. Wimmer, R. Dörner und H. Schmidt-Böcking
— Institut für Kernphysik, J. W. Goethe-Universität Frankfurt, AugustEuler-Straße 6, D-60486 Frankfurt am Main
In langsamen Stößen von HeH+ - Ionen mit He führt der Elektronentransfer in das molekulare Projektil immer zur Dissoziation. Dabei werden zum Teil auch angeregte Zwischenzustände des HeH-Moleküls durchlaufen. Die verschiedenen Reaktionswege sind durch Messen des kinetic energy release der Dissoziation und den Q-Wert der Reaktion unterscheidbar. Eine kinematisch vollständige Messung konnte durch Anwendung von COLTRIMS zur Bestimmung des Q-Wertes, kombiniert mit
einer Streuwinkel- und einer Relativflugzeitmessung, für die beiden Pro-
Dienstag
jektilfragmente durchgeführt werden. Für einen Teil der Reaktionswege
kann die axial recoil approximation als gültig angenommen werden, d.h.,
die gemessene Dissoziationsachse bestimmt die Orientierung des Moleküls
während des Elektroneneinfangs. Für diese Kanäle wurde in der Streuebene, welche durch Strahlrichtung und Impulsübertrag auf das Target
definiert wurde, eine starke Abhängigkeit der Reaktionswahrscheinlichkeit von der Orientierung des Moleküls gefunden.
A 11.26 Di 16:00 Poster
Polarisation studies of radiative recombination transitions
into High-Z ions.
— •Stanislav Tachenov1,2 , Thomas
1,2
Stoehlker , Dariusz Banas1,3 , Heinrich Beyer1 , Alexander
Gumberidze1,2,4 , Christophor Kozhuharov1 , Xinwen Ma1,5 ,
Andreas Orsic Muthig1,2 , Dominik Sierpowski6 , Uwe Spillmann1,2 , Davor Protic7 , and Thomas Krings7 — 1 GSI-Darmstadt,
Germany — 2 Institute fur Kernphysik, University of Frankfurt,
Germany — 3 Swietokrzyska Academy in Kielce, Poland — 4 Tbilisi State
University, Georgia — 5 Institute of Modern Physics, Lanzhou, China —
6
Jagiellonian University, Krakow, Poland — 7 Forschungszentrum Julich,
Institut fur Kernphysik, Julich, Germany
For radiative electron capture (REC) occurring in collisions of high-Z
ions and light target atoms, a very first photon polarization study has
recently been performed at the storage ring ESR. For this purpose a 4x4
Germanium pixel detector array has been used. The photon polarization
of the REC transition was derived by exploiting the polarization sensitivity of the Compton process, i.e. via measuring the Compton scattering
probability with respect to the scattering plane. First preliminary results
will be presented which already indicate a strong polarization of the REC
photons.
A 11.27 Di 16:00 Poster
Appearance and disappearance of second Born effects in the
(e,3e) reaction on He — •Tatiana Alexandrova1 , Alexander Dorn1 , Anatoli Kheifets2 , Claus Dieter Schröter1 ,
Adel Shaheen1 , Bennaceur Najjari1 , Conny Höhr1 , Robert
Moshammer1 , and Joachim Ullrich1 — 1 Max-Planck-Institut für
Kernphysik — 2 Australian National University, Canberra, ACT 0200
We demonstrate, both experimentally and theoretically, quantitative
manifestation of the second Born effects in the angular distributions of
two ejected electrons produced by a 500 eV electron impact on the He
atom. The second Born contribution, due to subsequent interaction of
the projectile with the target, is most prominent for glancing collisions
with small momentum transfer. However, these effects are absent for
hard knock-out collisions with large momentum transfer.
A 11.28 Di 16:00 Poster
Elektronenstoßionisation im starken Laserfeld — •Cornelia
Höhr, Alexander Dorn und Joachim Ullrich — MPI für
Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
Es wird der Einfluß von nichtresonanten starken Laserfeldern (1011 −
1013 W/cm2 ) auf die Elektronenstoßionisation von Atomen untersucht.
Theoretische Arbeiten sagen seit mehr als zwanzig Jahren eine Reihe von
neuen Phänomenen voraus. Das Laserfeld verändert einerseits den atomaren Grundzustand ( dressed state“). Andererseits können im Stoßpro”
zess Photonen ausgetauscht werden. Beides führt zu einem modifizierten
differentiellen Wirkungsquerschnitt.
In einem ersten Experiment konnten drei Strahlen in Raum und Zeit
überlagert werden: ein gepulster Elektronenstrahl (Pulsdauer 1 ns), ein
Überschallstrahl kalter Atome (Helium oder Argon) und ein gepulster Nd:YAG -Laserstrahl (7 ns) mit einer Intensität im Laserfokus von
I = 1, 4 ∗ 1012 W/cm2 . Die Stoßfragmente werden mit einem kombinierten Elektronen- und Rückstoßionenspektrometer ( Reaktionsmikro”
skop“) impulsaufgelöst nachgewiesen.
Erste Ergebnisse werden vorgestellt.
A 11.29 Di 16:00 Poster
Doppelionisation hochgeladener Wismut-Ionen durch Elektronenstoß — •Frank Scheuermann, Kurt Huber, Karl Kramer
und Erhard Salzborn — Institut für Kernphysik, Justus-LiebigUniversität Giessen, 35392 Giessen
Absolute Wirkungsquerschnitte für die Doppelionisation von WismutIonen durch Elektronenstoß wurden im Gießener crossed-beams Experiment erstmalig gemessen. Dabei wurden Ladungszustände von q = 1 bis
q = 12 untersucht. Für q = 7 ist der Ionenstrom durch NO+ -Moleküle
verunreinigt, die ein annähernd gleiches Masse-zu-Ladungsverhältnis auf-
Atomphysik
weisen. Für Bi11+ -Ionen gelangen H3 O+ -Moleküle mit in den Ionenstrahl,
die über Dissoziation für eine Erhöhung der Signalrate im Einzelteilchenzähler sorgen (O+ /H3 O+ ' Bi11+ /Bi13+ ). In beiden Fällen wird
eine Korrektur des störenden Prozesses durchgeführt. Die Wirkungsquerschnitte werden mit semiempirischen Formeln verglichen.
A 11.30 Di 16:00 Poster
Einfachionisation hochgeladener Wismut-Ionen durch Elektronenstoß — •Frank Scheuermann, Kurt Huber, Karl Kramer und Erhard Salzborn — Institut für Kernphysik, Justus-LiebigUniversität Giessen, 35392 Giessen
In einem crossed-beams Experiment wurden absolute Wirkungsquerschnitte für die Einfachionisation von einfach bis zehnfach geladenen
Wismut-Ionen durch Elektronenstoß von der Einsatzschwelle bis 1 keV
gemessen. Die Wismut-Ionen wurden aus einer 14GHz-EZR-Ionenquelle
extrahiert, in die das Wismut mit Hilfe eines Verdampferofens eingebracht wurde. Für die Messung der Wirkungsquerschnitte wurde der
Ionenstrahl mit einem intensiven Elektronenstrahl (Iemax = 430 mA) gekreuzt. Es wurden keine signifikanten Anteile metastabiler Ionen beobachtet. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte werden mit der LotzFormel verglichen.
A 11.31 Di 16:00 Poster
Einfachionisation hochgeladener Wismut-Ionen durch Elektronenstoß — •Frank Scheuermann, Kurt Huber, Karl Kramer und Erhard Salzborn — Institut für Kernphysik, Justus-LiebigUniversität Giessen, 35392 Giessen
In einem crossed-beams Experiment wurden absolute Wirkungsquerschnitte für die Einfachionisation von einfach bis zehnfach geladenen
Wismut-Ionen durch Elektronenstoß von der Einsatzschwelle bis 1 keV
gemessen. Die Wismut-Ionen wurden aus einer 14GHz-EZR-Ionenquelle
extrahiert, in die das Wismut mit Hilfe eines Verdampferofens eingebracht wurde. Für die Messung der Wirkungsquerschnitte wurde der
Ionenstrahl mit einem intensiven Elektronenstrahl (Iemax = 430 mA) gekreuzt. Es wurden keine signifikanten Anteile metastabiler Ionen beobachtet. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte werden mit der LotzFormel verglichen.
A 11.32 Di 16:00 Poster
Measurement of spin-asymmetries in electron-impact S → P
and S → D excitation of Cs atoms at intermediate energies.
— •Nataša Pavlovic̀, Günter Baum, Ingo Ernsting, Stefan
Förster, and Bernhard Roth — Fakultät für Physik, Universität
Bielefeld, D-33501 Bielefeld
The determination of spin-polarization effects in electron scattering
from Cs atoms has provided a challenge, experimentally as well theoretically, for many years. We have used crossed electron and atomic
beams, both spin-polarized, to measure the angular dependences of the
spin-asymmetries A1 , A2 , and Ann at selected energies in the range from
4 to 25 eV. The asymmetries can be related to electron exchange processes (Ann ), to relativistic/spin-orbit effects (A2 ), or to an interference
of these two mechanisms (A1 ). We will present our results for these asymmetries as well as our results for the relative differential cross sections. A
comparison can be made in this theoretically difficult intermediate energy
regime with recent calculations, which use either the relativistic R matrix method [Bartschat et al.], or the convergent close-coupling method
[Bray et al.]. Before, we had reported on a detailed experimental and
theoretical study of elastic scattering on the same system in the same
energy range [1].
[1] G. Baum et al., Phys. Rev. A 66, 022705 (2002).
A 11.33 Di 16:00 Poster
Transferionisation in schnellen Ion-Atom-Stößen — •Markus
Schöffler, J. Titze, L. Ph. H. Schmidt, O. Jagutzki, R.
Dörner und H. Schmidt-Böcking — Institut für Kernphysik der
J. W. Goethe-Universität Frankfurt
Der kinematische Caputre bei schnellen Ion-Atom-Stößen ist besonders
sensitiv auf die hohen Impulskomponenten des asymptotischen Anteils
der Grundzustandswellenfunktion. Aufgrund von Korrelationseffekten
können Elektronen, die bei Transferionisationsreaktionen ins Kontinuum
gelangen, ebenso hohe Impulse haben. Diese wurden mit einem neukonzipierten Abbildungssystem nach dem COLTRIMS-Prinzip (Cold Target
Recoil Ion Momentum Spectroscopy) vermessen. Erste Ergebnisse werden vorgestellt.
Dienstag
A 11.34 Di 16:00 Poster
Hochpräzise Messung des elektronischen g-Faktors an 16 O7+
— •Jose Verdu1 , Joseba Alonso1 , Slobodan Djekic1 , HansJürgen Kluge2 , Wolfgang Quint2 , Stefan Stahl1 , Tristan Valenzuela1 , Manuel Vogel1 und Günther Werth1 — 1 Institut für
Physik, Johannes-Gutenberg-Universität, 55099 Mainz — 2 GSI, 64291
Darmstadt
Wir präsentieren eine hochpräzise Messung des gj -Faktors des Elektrons in wasserstoffähnlichem Sauerstoff 16 O7+ zu gj = 2, 000 047 026 (4).
Diese Zahl ist konsistent mit unserer früheren Messung an 12 C5+ zu
gj = 2, 001 041 596 (4) [1] und erlaubt es, die Quantenelektrodynamik gebundener Zustände mit hoher Empfindlichkeit zu überprüfen. Darüberhinaus erlaubt eine Kombination beider Messungen die bis jetzt genaueste Bestimmung der Masse des Elektrons [2]. Zudem bietet eine Messung
des g-Faktors des Elektrons in hochgeladenen Ionen die Möglichkeit einer
kompetitiven Bestimmung der Feinstrukturkonstanten α.
[1] H. Häffner et al., Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 5308
[2] T. Beier et al., Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 011603-1
A 11.35 Di 16:00 Poster
Controlling quantum coherence with ultrashort half-cycle laser
pulses — •Alex Matos-Abiague and Jamal Berakdar — MaxPlanck Institut für Mikrostrukturphysik, Weinberg 2, 06120 Halle
We investigate the quantum coherence and the coherent suppression
of tunneling of an electron driven by a train of unidirectional ultrashort
half-cycle laser pulses in a double quantum well. For Gaussian-like shape
pulses the time-dependent Schrödinger equation is numerically solved. It
is shown that there exist ranges of parameters in which although the use
of cw laser fields can not suppress the tunnelling, dynamical localization
can be induced by employing a train of unidirectional ultrashort halfcycle pulses. When the time-periodic unidirectional half-cycle pulses are
applied, an initially trapped electron maintains, in general, its localization. For certain values of the pulse parameters, however, the quantum
tunnelling is coherently restored. A simplified analytical model that can
reproduce the main features of the numerical calculations is also presented. The analytical model provides simple relations for determining
the values of the pulse parameters that optimize the localization and
delocalization processes.
A 11.36 Di 16:00 Poster
Gitterbeugung von kleinen Heliumclustern: Evidenz für magische Zahlen N = 10, 15, 26, 44 und 85. — •J. Peter Toennies, Rüdiger Brühl, Anton Kalinine und Oleg Kornilov —
Max-Planck-Institut für Strömungsforschung, Bunsenstr. 10, D-37073
Göttingen, Germany
Kleine 4 He Cluster lassen sich zerstörungsfrei nach ihrer Größe mit nanostrukturierten Transmissionsgittern (Periode 100 nm) analysieren. Mit
dieser Methode konnte erstmalig das Heliumdimer nachgewiesen und seine Größe bestimmt werden. Durch Verbesserungen der Apparatur ist es
jetzt möglich, einzelne Cluster bis N = 17 aufzulösen und die Clustergrößenverteilung bis etwa N = 100 zu untersuchen. Ganz unerwartet
zeigen diese Verteilungen magische Zahlen bei N ∼
= 10, 15, 26, 44 und 85.
Experimente bei verschiedenen Quellendrücken, Quellentemperatur und
Nachweisbedingungen zeigen, dass diese magischen Zahlen unbeeinflusst
bleiben. Eine stichhaltige Erklärung liegt noch nicht vor!
A 11.37 Di 16:00 Poster
Universelle Retardierungskorrektur zum van der WaalsPotenzial zwischen einem Atom und einer leitenden Oberfläche
— •Harald Friedrich — Dept. Theoretical Physics und AMPL,
A.N.U., Canberra
Das nichtrelativistische van der Waals-Potenzial zwischen einem Atom
und einer leitenden ebenen Oberfläche ist V (r) = −C 3/r 3 , wobei C 3
durch ein Integral über die frequenzabhängige Dipolpolarisierbarkeit des
Atoms gegeben ist. Der Einfluss der Retardierung der elektromagnetischen Wechselwirkung wurde 1948 beschrieben [1] und ist heute ein wichtiges Thema [2], u.a. weil er für das Verständnis von Experimenten mit
ultrakalten Atomen wichtig ist [3]. Die führende Retardierungskorrektur
zum van der Waals-Potenzial ist universell: sie hängt nur von der Anzahl
Z der Elektronen im Atom ab und nicht von dessen Eigenzustand,
−r3 V (r) = C3 − r Zα/(4π) + o(r),
wobei α die dimensionslose Feinstrukturkonstante ist. Diese sehr einfache Formel ist eine gültige und über einen gros̈en Bereich von Abständen
Atomphysik
Dienstag
sehr genaue Darstellung der Wechselwirkung zwischen dem Atom und einer leitenden Oberfläche. [1] H. B. G. Casimir und D. Polder, Phys. Rev.
73 (1948) 360. [2] Z.-C. Yan und J. F. Babb, Phys. Rev. A 58 (1998)
1247. [3] F. Shimizu, Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 987; H. Friedrich, G.
Jacoby und C. G. Meister, Phys. Rev. A 65 (2002) 032902.
A 13 Cluster und Potentialstreuung
Zeit: Donnerstag 11:00–12:30
A 13.1 Do 11:00 F128
Kollektive Effekte bei der Coulombexplosion von Metallclustern — •Thomas Fennel, Silvio Teuber, Tilo Döppner, Josef Tiggesbäumker und Karl-Heinz Meiwes-Broer — Universität Rostock, Universitätsplatz 3,18051 Rostock
Bei der Bestrahlung von metallischen Clustern mit intensivem Laserlicht kommt es zu einer starken Strahlungsabsorption, die u.a. zur Emission hochgeladener Ionen mit kinetischen Energien im keV-Bereich führt
[1,2]. Zur Interpretation der experimentellen Ergebnisse wurde ein Modell entwickelt, das explizit die gekoppelte zeitabhängige Dynamik der
Rumpfionen und Elektronen berücksichtigt. Ausgehend vom semiklassischen Grundzustand in Thomas-Fermi-LDA wird die Vlassov-Gleichung
für die elektronische Komponente mit Hilfe der Testteilchenmethode in
Verbindung mit der klassischen Bewegung der Kerne selbstkonsistent
gelöst. Bei der Untersuchung der zeitabhängigen Energieeinkopplung ergibt sich eine erhöhte Absorption, falls der Laser resonant in die kollektive
Dipolmode der freien Elektronen einkoppelt. Ein ähnlicher Effekt wird
als Ursache der besonders effektiven Produktion hochgeladener Ionen in
früheren Experimenten vermutet [1].
[1] L. Köller, M. Schumacher, J. Köhn, S. Teuber, J. Tiggesbäumker,
K.H. Meiwes–Broer, Phys. Rev. Lett. 82, 3783 (1999)
[2] S. Teuber, T. Döppner, T. Fennel, J. Tiggesbäumker, K.H. Meiwes–
Broer, Eur. Phys. J. D 16, 59 (2001)
A 13.2 Do 11:15 F128
Photoelectron Spectroscopy of Neutral Silver Clusters —
•Paul Radcliffe, Andreas Przystawik, Thomas Diederich, Tilo Döppner, Josef Tiggesbäumker und Karl-Heinz
Meiwes-Broer — Fachbereich Physik, Uni Rostock, 18051 Rostock
Neutral silver clusters AgN (N = 2..100) are grown in liquid helium
droplets with a temperature of 0.4 K. For the Ag8 - cluster a strong absorption resonance was found in the ultraviolet by applying resonant two
photon ionization [1,2]. Making use of this resonant intermediate state
we measure first photoelectron spectra of the neutral silver octamer, giving an upper limit for the ionization potential (IP) of 6.90 eV. Varying
the laser excitation energy over the width of the resonance shows a shift
in the calculated IP threshold. This suggests that direct two photon ionization is hindered by rapid relaxation, via intramolecular vibrational
relaxation (IVR), within a few 100 ps to a longer living intermediate
state.
[1] Th. Diederich, J. Tiggesbäumker, K.H. Meiwes-Broer, J. Chem.
Phys. 116, 3263 (2002)
[2] F. Federmann, K. Hoffmann, N. Quaas, J. P. Toennies, Eur. Phys. J.
D. 9, 11 (1998)
A 13.3 Do 11:30 F128
Innerschalen-ZEKE-Photoelektronenspektroskopie freier Vander-Waals-Cluster — •Roman Flesch1 , Ioana L. Bradeanu1 und
Eckart Rühl2 — 1 Fachbereich Physik, Universität Osnabrück, Barbarastr. 7, 49069 Osnabrück — 2 Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg
Zur Ermittlung der Dynamik der Photoionisationsprozesse freier Cluster im Rumpfniveaubereich wurden Zero-Kinetic-Energy (ZEKE)- Photoelektronenspektren aufgenommen. Die Experimente fanden am hochauflösenden Undulatorstrahlrohr UE52-SGM am Speicherring BESSY im
Single Bunch-Betrieb statt.
Es wurden die ZEKE-Spektren freier Van-der-Waals-Cluster als Funktion
der mittleren Clustergrösse sowie der isolierten Spezies gemessen. Untersucht wurden Argon- Cluster(L2 /L3 -Kante, 244 - 256 eV), Neon-Cluster
(K-Kante, 866 - 876 eV) und Stickstoff-Cluster (K-Kante, 406 - 418 eV).
Die ZEKE-Profile lassen sich durch Modellfunktionen unter Berücksichtigung der post-collisional interaction (PCI) entfalten, so dass die
Innerschalen-Ionisierungsenergien der Cluster und die Dynamik der
rumpfloch-angeregten Zustände bestimmt werden können. Für freie
Cluster werden Beiträge der Oberfläche und des Volumens zur
Innerschalen-Photoionisation gefunden, die gegenüber den entsprechen-
Raum: F128
den freien Spezies rotverschoben sind. Ebenso treten charakteristische
Verbreiterungen der ZEKE-Profile in Clustern auf, die auf schnelle dynamische Prozesse schließen lassen.
A 13.4 Do 11:45 F128
Photoanregung
von
dianionischen
Metallclustern
—
•Alexander Herlert1 , Gerrit Marx2 und Lutz Schweikhard2
— 1 Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz,
D-55099 Mainz — 2 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität
Greifswald, D-17487 Greifswald
Metallclusterdianionen werden durch Anwendung eines Elektronenbades aus größenselektierten, einfach geladenen Clusteranionen in einer
Penningfalle erzeugt. Nach einer Ladungsselektion erfolgt die Photoanregung der gespeicherten Dianionen. Neben der einfachen Elektronenemission wird auch die doppelte Elektronenabgabe beobachtet, was sich
durch den Verlust der Anionen aus der Falle bemerkbar macht. Als weiterer Kühlmechanismus zeigt sich das Abdampfen eines Monomers, wobei
der Anteil der Monomerabgabe mit zunehmender Clustergröße ansteigt.
Die Verzweigungsverhältnisse bezüglich der drei Zerfallswege werden an
ausgewählten Edelmetallclustern untersucht.
A 13.5 Do 12:00 F128
Optische Anregung von NaNe Stoßpaaren zur Untersuchung
der Stoßgeometrie und des A2 Π Potentials — •A. Grimpe1 , C.
Figl1 , R. Goldstein1 , J. Grosser1 , O. Hoffmann1 und F. Rebentrost2 — 1 Institut für Atom- und Molekülphysik, Abteilung Atomare Prozesse, Universität Hannover — 2 Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching
Die optische Anregung von Stoßpaaren
Na + Ne + hν → Na∗ + Ne
in gekreuzten Teilchenstrahlen mit differentiellem Nachweis eignet
sich als empfindliches Werkzeug zur direkten Beobachtung von
Stoßprozessen1 . Wir haben differentielle Wirkungsquerschnitte für das
Stoßpaar Na - Ne bei unterschiedlicher Polarisationen und negativer Verstimmung des Anregungslasers gemessen. Durch negatives Verstimmen
des Lasers wird das Stoßpaar in den A2 Π Zustand angeregt. Im Bereich
der Anregung ist das A2 Π Potential attraktiv. Das führt im Vergleich zu
den bisherigen Experimenten mit positiver Verstimmung (B2 Σ Zustand,
repulsives Potential) zu einer komplizierteren Interferenzstruktur
im differentiellen Wirkungsquerschnitt, da bis zu vier Trajektorien
interferieren. Anhand der experimentellen Daten soll die Stoßgeometrie
bestimmt und durch Vergleich mit quantenchemischen Rechnungen das
A2 Π Potential getestet werden.
1
J. Grosser, O. Hoffmann, F. Rebentrost: In: Atomic and Molecular
Beams: The State of the Art 2000, R. Campargue ed., Springer 2001,
485
A 13.6 Do 12:15 F128
Multiphoton absorption of rare gas atoms and clusters induced
by excitation with intense VUV photons from a FEL — •Tim
Laarmann1 , Hubertus Wabnitz1 , Joachim Schulz1 , Peter
Gürtler1 , Wiebke Laasch1 , A. Rubens C. de Castro2 , Anja
Swiderski1 , and Thomas Möller1 — 1 Hamburger Synchrotronstrahlungslabor HASYLAB at Deutsches Elektronen-Synchrotron
DESY, Notkestr. 85, 22603 Hamburg, Germany — 2 LNLS 13084-971
Campinas SP Brazil and IFGW-UNICAMP 13083-970 Campinas SP,
Brazil
This contribution reports on results of the interaction of intense VUV
pulses with rare gas atoms and clusters. In recent years much effort
has gone into the understanding of the interaction of intense visible and
infrared femtosecond laser pulses with matter, especially with clusters.
Very recently the free electron laser (FEL) at DESY has reached a gain
of 106 and provides gigawatt pulses of 100 fs length and of tunable wavelength below 100 nm [1]. The tunability is particularly interesting because the wavelength regime covers the ionisation energy of Xe clusters
[2], as well as the excitonic bulk and surface absorption bands of Ar
Atomphysik
Donnerstag
clusters. On the other hand, it is not possible to populate electronically
excited states in He atoms by the absorption of one FEL photon. By
varying the photon energy, resonant and non-resonant multiphoton ionization can be induced. In this contribution we present time-of-flight
mass spectra and photoemission spectra in order to discuss the influence
of excitation energy and power density on the energy absorption of rare
gas atoms and clusters. [1] V. Ayvazyan et al., Phys. Rev. Lett. 88,
104802 (2002) [2] H. Wabnitz et al., Nature 420, 482 (2002)
A 14 Fallen und Kühlung von Atomen und Ionen
A 14.1 Do 11:00 F342
The tricky LIST - Laser Ion Source Trap — •Manas Mukherjee1 , Klaus Blaum2 , Kim Bruek3 , Christopher Geppert3 ,
H.-Juergen Kluge1 , Gerd Passler3 , Stefan Schwarz4 , Katja
Will3 , and Klaus Wendt3 — 1 GSI Darmstadt, Planckstrasse 1,
64291 Darmstadt, Germany — 2 CERN, Division EP-IS, 1211 Geneva
23, Switzerland — 3 Inst. f. Physik, Johannes Gutenberg-Universitaet,
55099 Mainz, Germany — 4 NSCL, Michigan State University, East
Lansing MI 48824-1321, USA
To improve the quality and to increase the intensity of radioactive ion
beams (RIBs) are the major tasks for any RIB facility. For on-line isotope separator type set-ups, this improvement can either come from the
advancement in the target or the ion source technology. Over the years
numerous developments and improvements have been made for this purpose equally on the side of the target as well as the ion source. Due to
the outstanding properties concerning isobaric and isotopic selectivity of
Resonance Ionization Laser Ion source (RILIS), it has by now become a
leading technology, applying highly reliable laser systems and delivering
intense and rather pure beams of selected radionuclides for a multitude
of elements. As a new refined version of this ion source type the laser ion
source trap (LIST) has been proposed and a prototype building is underway. Introducing surface ion suppression, this novel ion source combines
the advantages of RILIS with ion beam trapping and cooling in a segmented linear quadrupole ion trap. The principle of LIST as well as its
present status and future plans will be presented.
A 14.2 Do 11:15 F342
Form und Struktur gebunchter kristalliner Ionenstrahlen
im Speicherring PALLAS — •Michael Bussmann1 , Ulrich
Schramm1 , Tobias Schätz2 und Dieter Habs1 — 1 Lehrstuhl Habs,
Sektion Physik der LMU München, Am Coulombwall 1, 85748 Garching
b. München — 2 NIST, Boulder (Colorado)
Mit dem RF-Quadrupol-Speicherring PALLAS können gebunchte kristalline Ionenstrahlen erzeugt und ihre Form sowie ihre Kristallstruktur
untersucht werden. Beim ”bunchen” wird ein Ionenstrahl in einzelne Pakete unterteilt. Jedes Paket von Ionen kann in einem dreidimensionalen
harmonischen Einschluß mit Hilfe zweier Laser gekühlt werden, so daß
ein Phasenübergang in einen stabilen kristallinen Zustand zu beobachten
ist.
Neue Messungen der longitudinalen Ausdehnung langgestreckter Kristalle im Bunch werden vorgestellt. Es werden kürzere Längen gemessen
als für raumladungsdominierte Strahlen vorhergesagt. Zusätzlich werden Abweichungen vom theoretischen Skalenverhalten der Länge mit der
Stärke des longitudinalen Einschlusses gemessen. Mögliche Erklärungen
beziehen lokale Veränderungen der Kristallstruktur mit ein.
A 14.3 Do 11:30 F342
Ordnung im Ionenstrahl - Kühlen und Heizen kristalliner Strahlen — •Ulrich Schramm1 , Michael Bussmann1 , Tobias Schätz2
und Dieter Habs1 — 1 Sektion Physik der LMU München, Am Coulombwall 1, 85748 Garching b. München — 2 NIST, Boulder (Colorado,
USA)
Gespeicherte Ionen ordnen sich aufgrund ihrer gegenseitigen CoulombAbstoßung auf festen Gitterplaetzen an wenn ihre Relativbewegung ausgefroren wird. In einem Ionenstrahl fuehrt dieser Phasenuebergang zum
kristallinen Strahl zu einer vollständigen Änderung des gewohnten Strahlverhaltens. Der Strahl entkoppelt von äußeren Heizquellen und erreicht
ultimative Brillianz und Stabilität.
Mit dem Quadrupolspeicherring PALLAS konnte vor kurzem die
Brücke zwischen Ionenfallen und Speicherringen geschlagen und mit Hilfe
der Methode der Laserkühlung der Phasenübergang zu einem kristallinen
Ionenstrahl realisiert und systematisch untersucht werden. Dabei steht
zum einen das Verständnis spezifischer Heizmechanismen wie beispielsweise durch Scherung des Kristalls oder durch den Kühlmechanismus
selber im Vordergrund, zum anderen der Modellcharakter des ‘table-top’
Raum: F342
Rings zu Schwerionensynchrotrons.
A 14.4 Do 11:45 F342
Erzeugung von kalten Antiwasserstoff-Atomen — •Jochen
Walz1 , Heiko Pittner1 und Theodor W. Hänsch1,2 für die
ATRAP-Kollaboration — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Straße 1, 85748 Garching — 2 Ludwig-MaximiliansUniversität München, Schellingstraße 4/III, 80799 München
Am Antiproton Decelerator (AD) des CERN wurden kalte
Antiwasserstoff-Atome erzeugt. Dazu wurden zunächst die Bestandteile
von Antiwasserstoff, Antiprotonen und Positronen, als kalte Plasmen
in einer verschachtelten Penning-Falle präpariert.
Antiprotonen
wurden anschließend durch ein hochfrequentes elektrisches Feld
so angetrieben, dass sie mit kalten Positronen stoßen. Die dabei
entstehenden Antiwasserstoff-Atome wurden für den Nachweis durch ein
elektrisches Feld ionisiert. Daraus resultierende Antiprotonen wurden
zwischengespeichert und am Ende eines Zyklus ohne Untergrund
nachgewiesen.
In einem weiteren Experiment wurden Antiwasserstoff-Atome mit
einem zusätzlichen analysierenden elektrischen Feld zwischen der
Erzeugungs- und der Nachweis-Region vor-ionisiert. Die Abhängigkeit
der verbleibenden und anschließend nachgewiesenen AntiwasserstoffAtome von der Stärke des analysierenden elektrischen Felds liefert einen
ersten Hinweis auf die Zustands-Verteilung der Antiwasserstoff-Atome.
A 14.5 Do 12:00 F342
Antiprotonic and Electronic Transitions in Argon, Krypton
and Xenon — •Khalid Rashid1 , Detlev Gotta2 , Burkhard
Fricke3 , Paul Indelicato4 , and Leo Simons5 — 1 Department of
Mathematics, Quaid-i-Azam University, Islamabad 44000, Pakistan
— 2 Institut fuer Kernphysik, FZ-Juelich, 52425 Juelich, Germany —
3
Fachbereich Physik, Unversitaet Kassel, 34109 Kassel, Germnay —
4
Laboratoire Kastler-Brossel, Ecole Normale Superieure et Universite
Pierre et Marie Curie, 4, Place Jussieu, 75231 Paris 05, France —
5
Paul-Scherer Institut, 52432 Villingen, Switzerland
We have measured X ray spectra of antiprotonic Argon, Krypton and
Xenon atoms with Si(Li) detector at the LEAR facility of CERN at energies ¡ 2.0, 34, and 6.0 keV respectively, at low pressures to prevent
electron refilling from neighbouring atoms. The analysis of the spectra
and the identification of the transitions with the aid of Multiconfiguration Dirac Fock calculations of the combined antiproton-electrons atomic
system yields useful information on the degree of ionizaion and the antiprotonic orbital. In this contribution we shall present experimental data
and theoretical analysis of antiprotonic Argon, Krypton and Xenon. We
have been able to identify a number of transitions as a complicated interplay between antiprotonic transitions in the presence of a few electrons.
The spectra of Argon, Krypton and Xenon have some common features
as well as some Z characteristic features.
A 14.6 Do 12:15 F342
Messung der Lebensdauer des metastabilen 3 P2 -Zustandes von
Neon — •Peter Spoden, Alexander Bunkowski, Tobias Kraemer, Martin Zinner, Wolfgang Ertmer und Gerhard Birkl —
Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167
Hannover
Die präzise Messung der 3 P2 -Lebensdauer der Edelgasatome schwerer
als Helium wurde erst durch den Einsatz der optischen Speicherung von
Atomen möglich. Im Falle metastabilen Neons existierte bislang keine
präzise Bestimmung dieser Lebensdauer, obwohl deren Kenntnis bedeutsame Auswirkungen auf Teilgebiete der Atomphysik und Quantenoptik
hat. Insbesondere verweisen wir auf Rechnungen zur Atomstruktur und
auf Arbeiten zur Bose-Einstein-Kondensation metastabilen Neons.
Mit unserem Experiment sind wir in der Lage 5 × 108 metastabile
Neonatome in einer magneto-optischen Falle länger als zwei Minuten zu
beobachten. Durch die Messung ihrer abklingenden Fluoreszenz konnte
Atomphysik
Donnerstag
die exponentielle Zerfallsrate bestimmt werden. Aus dieser wurde durch
sorgfältige Untersuchung systematischer Einflüsse die Lebensdauer des
3
P2 -Zustandes zu 14,73(14)s [1] extrahiert.
Dieses Projekt wird gefördert im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms 1116.
[1] M. Zinner, P. Spoden, T. Kraemer, G. Birkl und W. Ertmer, Phys.
Rev. A, in Druck und physics/0208088.
A 14.7 Do 12:30 F342
HITRAP - Eine Ionenfallen-Anlage für schwere hochgeladene
Ionen an der GSI Darmstadt — •W. Quint1 , T. Beier1 , M.
Block1 , S. Djekic2 , H. Häffner3 , H.-J. Kluge1 , M. Mukherjee1 ,
S. Rahaman1 , D. Rodriguez1 , G. Sikler1 , S. Stahl1 , T. Valenzuela2 , J. Verdu2 , C. Weber1 und G. Werth2 — 1 GSI Darmstadt
— 2 Universität Mainz — 3 Universität Innsbruck
HITRAP ist eine geplante Ionenfallen-Anlage für Experimente an
schweren hochgeladenen Ionen an der Beschleuniger-Anlage der GSI
Darmstadt. Hochgeladene Ionen, die in einer Ionenfalle gespeichert sind,
bieten die Möglichkeit, Grundlagenexperimente mit höchster Genauigkeit durchzuführen. In diesem Vortrag werden Experimente an einzelnen hochgeladenen Ionen in einer Penning-Falle vorgestellt. Ziel dieser
Experimente ist es, die Theorie der Quantenelektrodynamik im starken
Coulomb-Feld schwerer Kerne mit hoher Präzision zu überprüfen. Das
Experimentierprogramm umfasst (i) die Bestimmung des magnetischen
Moments des gebundenen Elektrons in wasserstoffartigen Ionen, (ii) die
Bestimmung der atomaren Bindungsenergien von hochgeladenen Ionen
durch die Messung der Zyklotronfrequenzen und (iii) laserspektroskopische Messungen von Fein- und Hyperfeinstrukturübergängen in hochgeladenen Ionen.
A 15 Atomspektroskopie 2
A 15.1 Do 14:00 F342
Explanation of the numerical value of the fine-structure constant derived from a standing wave model of the macroscopically resting electron — •Eckart Schoenfeld — Kritzower Str. 4,
19412 Weberin
The work earlier done by the author 1, 2 concerning the explanation of
the numerical value of the fine-structure constant α is compiled and reviewed. After describing the standing wave model of the macroscopically
resting electron which is characterised by an energy flux taking place with
velocity of light along a closed curve of uniform and constant curvature,
the contributions of the matter field and the electromagnetic field of the
electron to its rest mass are calculated in detail. Investigations
q of the
inner energy transport lead to the relation 1/α = (mm /mo )π 4 /2 where
mo is the rest mass of the electron and mm its quantum-mechanical fraction. Whereas the lowest-order of mo /mm yields 1/α = 137.0355, the
inclusion of higher order effects like the polarisation of the vacuum results in 1/α = 137.036005. This value agrees with those derived from
experiments within 5 × 10−8 . 1 E. Schoenfeld, Metrologia 27, 117 (1990)
(2) E. Schoenfeld, Report PTB-Ra 40 (1996)
A 15.2 Do 14:15 F342
QED Boiling Vacuum: Possible Link between HFS Experiments, Nuclear Theories, and QED? — •Marco Tomaselli1 ,
Lon-chang Liu2 , and Thomas Kühl1 — 1 GSI, D64291 Darmstadt,
Germany — 2 LANL, T-Division, Los Alamos, NM 87545, USA
Systematic model calculations performed for the magnetization distributions and the HFS of hydrogen-like HCI [1] reveal an important
difference between experimental and theoretical results (DCM + QED).
The difference persists despite the fact that DCM is one of the more consistent models which include dynamic correlations in the nuclear magnetization distributions [2] and that the QED calculations have included
many high-order terms [3]. Recently the boiling of the QED vacuum
has been introduced [1] in the calculations of the HFS of lithium-like
ions generating contributions that so far have not been considered by the
other theoretical models [4,5]. Are these terms the missed link between
theories and experiments as observed in [1]? [1] M. Tomaselli et al., Can.
J. Phys. 80, 1347 (2002). [2] G. Soff, HITRAP-Workshop, GSI 11, December 2002. [3] P. Sunergren, et al., Phys. Rev. A58, 1055 (1988);
V. Shabaev, Workshop on Atomic Physics Research at the Future GSI
Facility, GSI 9-10, December 2002. [4] V. Shabaev et al., Phys. Rev.
A57, 149 (1988). [5] S. Bouchard and P. Indelicato Eur. Phys. J. D8,
59 (2000).
A 15.3 Do 14:30 F342
Spektren autoionisierender Zustände im Gadolinium —
•Annette Schmitt, Peter Kunz und Klaus Wendt — Institut
für Physik, Universität Mainz
Die Entwicklung der hochauflösenden Resonanzionisations- Massenspektrometrie und ihr Einsatz für analytische Messungen setzen ein effizientes und selektives Anregungsschema voraus. Dazu sind im Gadolinium aufgrund der komplizierten Elektronenkonfiguration umfangreiche laserspektroskopische Untersuchungen notwendig. Dabei ist zu
berücksichtigen ob ein gepulstes oder ein kontinuierliches Lasersystem
zur mehrfachen resonanten Anregung zum Einsatz kommen soll. Wir ha-
Raum: F342
ben Untersuchungen mit zwei gepulsten Titan:Sapphir-Lasern, von denen
einer frequenzverdoppelt ist, und einem gepulsten Farbstofflaser vorgenommen. Der Grundzustand im Gadolinium ist fünffach aufgespalten
mit Drehimpulsquantenzahlen von J = 2 bis J = 6. Von jedem dieser
Zustände ausgehend wurden insgesamt fünf verschiedene Anregungsschema mit unterschiedlichen Drehimpulsquantenzahlen ausgewählt und vermessen. Mit dem dritten Laser wurden jeweils von der Ionisationsgrenze
aus 260 cm−1 im Kontinuum gescannt. Die aufgenommenen Spektren autoionisierender Zustände konnten miteinander verglichen und für einige
Zustände Drehimpulsquantenzahlen zugeordnet werden. Die Ergebnisse
der Auswertung sollen vorgestellt werden.
A 15.4 Do 14:45 F342
Neue und korrigierte Feinstruktur-Energieniveaus des atomaren Niobs — •Sophie Kröger1 , Oliver Scharf1 und Günter
Guthöhrlein2 — 1 Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, TU
Berlin, Hardenbergstr. 36, 19623 Berlin — 2 Laboratorium für Experimentalphysik, Universität der Bundeswehr Hamburg, Holstenhofweg 85,
22043 Hamburg
Gemäß einer parametrische Analyse der Fein- und Hyperfeinstruktur der geraden Konfigurationen des atomaren Niobs [1] ist die experimentelle Energie des Niveaus 4d3 5s6s 6 F11/2 in den Moore-Tabellen der
atomaren Energieniveaus [2] nicht richtig angegeben. Um den Energiewert dieses Niveaus zu überprüfen und darüberhinaus das fehlende Niveau ungerader Parität 4d3 5s5p 6 F11/2 zu suchen, wurde Laserinduzierte
Fluoreszenz-Spektroskopie an einer Hohlkathode mit einem cw-FarbstoffRinglaser im Wellenlängenbereich von 470 nm bis 510 nm angewandt.
Die untersuchten Übergänge wurden neu klassifiziert und ihre Hyperfeinstruktur vermessen. Für das Niveau 4d3 5s6s 6 F11/2 wurde eine neuer
Wert für die Feinstrukturenergie bestimmt und das fehlende Niveau gefunden. Zusätzlich wurden für drei Niveaus des Multipletts 4d3 5s5p 6 G
andere Feinstrukturenergien ermittelt als in [2] angegeben und ein weiteres neues Niveau gefunden. Die experimentell bestimmten A-Faktoren
der magnetischen Hyperfeinstruktur bestätigen die Klassifizierungen der
neuen Niveaus.
[1] S. Kröger, A. Bouzed, accepted for publication by Euro. Phys. J. D.
[2] C. E. Moore, Atomic energy levels, Vol. II, NSRDS-NBS 35 (1952).
A 15.5 Do 15:00 F342
Laser Spectroscopic Determination of δhr 2 i for 6,7 Li — •Wilfried
Nörtershäuser1,2 , Bruce A. Bushaw3 , Andreas Dax4 , Guido
Ewald1 und Gordon W. F. Drake5 — 1 GSI Darmstadt, Germany —
2
Physik. Institut, Universität Tübingen, Germany — 3 PNNL, Richland
WA, USA — 4 PSI, Villingen, Switzerland — 5 Department of Physics,
University of Windsor, Ontario, Canada
Recent progress in the theory of atomic lithium allowed the theoretical evaluation of the mass-dependent isotope shift in optical transitions
to an accuracy better than 10−5 [1]. These calculations are the foundation for experimental efforts, currently under way at GSI Darmstadt,
to determine the root-mean-square (rms) charge radius of the unstable
lithium isotopes, particularly the charge radius of the halo nucleus 11 Li
[2]. It has been pointed out by Yan & Drake [1] that the comparison of
theoretical predictions with experimental data obtained on the 2S → 2P
transition for the stable isotopes 6,7 Li is not conclusive, since the mea-
Atomphysik
Donnerstag
sured isotope shifts are partially inconsistent with each other and with
theory. Therefore, we measured the 6,7 Li IS in the 2S → 3S two-photon
transition using resonance ionization mass spectroscopy on an atomic
beam. This transition will be used for spectroscopy of unstable lithium
isotopes in future experiments at GSI and ISOLDE/CERN. Results of
our measurements are presented and compared with theory and previous
experiments on other transitions. The implications for the determination
of the charge radius of 11 Li are discussed.
[1] Z.-C. Yan and G.W.F. Drake, Phys. Rev. A 61, 022504 (2000)
[2] F. Schmitt et al., Hyperf. Int. 127, 111 (2000)
A 15.6 Do 15:15 F342
A molecular frequency reference for the charge radius determination of 11 Li — •Guido Ewald1 , Andreas Dax2 , Agnieszka
Gluzicka3 , Wilfried Nörtershäuser4 , Rodolfo Sanchez1 ,
Reinhard Kirchner1 , H.-Jürgen Kluge1 , Thomas Kühl1 , Isao
Tanhiata5 , Marco Tomaselli1 , and Claus Zimmermann4 — 1 GSI
Darmstadt, Germany — 2 PSI, Villingen, Switzerland — 3 Department
of Physics, Warsaw University, Poland — 4 Physikalisches Institut,
Universität Tübingen, Germany — 5 RIKEN, Japan
We are preparing an isotope shift measurement for 8,9,11 Li to determine
the charge radii of these isotopes, particularly of the halo nucleus 11 Li.
A master-slave diode laser has been stabilized to a hyperfine line in the
+
127
X 1 Σ+
I2 at λ=735 nm
g → B0u R(114) 11-2 transition of molecular
using frequency modulation (FM) saturation spectroscopy. This system
serves as a reference laser for RF-offset locking of a titanium-sapphire
laser, which will be finally used to scan across the 2S-3S two-photon
transition in atomic lithium. The relative frequency accuracy required
for the isotope shift measurement is < 200 kHz. In order to characterize
the performance of the stabilization chain and to test the relock-accuracy
of the reference laser we used the Ti:Sa laser to measure the hyperfine
splitting in the iodine line. The results of these measurements will be
reported.
Fachvortrag
A 15.7 Do 15:30 F342
Stand der Analyse der Fein- und Hyperfeinstruktur des Praseodym Atomspektrums — •Günter H. Guthöhrlein1 , Ewa Stachowska2 , Marion Bette1 , Hans-Otto Behrens1 und Jaroslaw
Ruczkowski2 — 1 Universität der Bundeswehr Hamburg, Holstenhofweg 85, D-22043 Hamburg — 2 Technische Universität Poznan, PL-60-965
Poznan
Berichtet wird über den aktuellen Stand der bisher tiefgehendsten Analyse des Atomspektrums der Seltenen Erde Praseodym. Die prominenten
Konfigurationen beider Paritäten wurden einer umfangreichen parametrischen Feinstruktur- und Hyperfeinstruktur- Analyse unterzogen, deren Aussagekraft durch den Einbezug einer Fülle neu entdeckter Niveaus
erhärtet wird.
Bemerkenswert ist das Wechselspiel zwischen Experiment (Bestimmung der Energien, Quantenzahlen und Hyperfeinwechselwirkungskonstanten der Niveaus auf dem Wege der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie) und der parametrischen Analyse (Tensoralgebraische Nachbildung des Konfigurationsraums, Berechnung der Eigenwerte und Eigenvektoren der atomaren Niveaus in einer SL-Basis unter Einbeziehung
von Konfigurationsmischungen). Ohne diese Interaktion wäre der dargestellte Sprung im Verständnis dieses komplexen Spektrums nicht erreichbar gewesen.
A 16 Multiphotonprozesse 2
A 16.1 Do 14:00 F128
Ti-Kα -Erzeugung durch lasererzeugte relativistische Plasmaelektronen — •Friederike Ewald, Heinrich Schwoerer und
Roland Sauerbrey — Institut für Optik und Quantenelektronik,
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Elektronen aus Femtosekundenlaser-produzierten Plasmen erzeugen
bei der Wechselwirkung mit einem Festkörper unter anderem intensive Röntgenlinienstrahlung. Die Ausbeute an Kα -Strahlung ist dabei
über die Energie der beschleunigten Elektronen mit der Laserintensität
verknüpft. Die Kα -Emission aus Laserplasmen wurde erstmals für relativistische Elektronenenergien vermessen. Ein analytisches Modell auf
der Basis einer relativistischen Elektronenverteilung sowie des K-Schalen
Ionisationsquerschnittes für relativistische Elektronen erklärt die experimentellen Resultate. Die kurze Emissionsdauer lasererzeugter Kα Strahlung, ihre hohe Ausbeute sowie die kleine Quellgröße sind optimale
Voraussetzungen für Experimente zur Subpikosekunden-zeitaufgelösten
Röntgenstrukturanalyse und zur nichtlinearen Röntgenoptik.
A 16.2 Do 14:15 F128
Laserinduzierte Kernspaltung — •Heinrich Schwoerer1 , Friederike Ewald1 , Roland Sauerbrey1 , Jean Galy2 , Joseph Magill2 und Roland Schenkel2 — 1 Institut für Optik und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743
Jena — 2 Europäische Kommission, Joint Resaerch Center, Institut für
Transurane, Postfach 2340, 76125 Karlsruhe
Hochintensive Laserpulse mit Intensitäten von bis zu 1020 W/cm2 erzeugen auf Festkörperoberflächen dichte heiße Plasmen, in denen Plasmaelektronen durch das starke Lichtfeld auf relativistische Energien von
bis zu einigen zehn MeV beschleunigt werden. Dringen diese Elektronen
in den Festkörper ein, so erzeugen sie dort hochenergetische Bremsstrahlung, ebenfalls mit Energien von vielen MeV. Zur Charakterisierung des
Bremsstrahlungsfeldes können photoinduzierte Kernreaktionen wie Spaltung und Neutronenabspaltung eingesetzt werden. Wir präsentieren die
erste Photospaltung von Aktiniden mit einem Tabletop-Laser und diskutieren die Anwendungen laserinduzierter Kernreaktionen insbesondere
als Laserplasmadiagnostik.
Raum: F128
A 16.3 Do 14:30 F128
Nicht-sequentielle Doppelionisation in hochintensiven Laserpulsen: Elektronenimpulskorrelation an und unterhalb der
Schwelle” für e− Stossionisation — •Ekaterina Eremina1 , X.
”
Liu1 , H. Rottke1 , W. Sandner1 , G. G. Paulus2 , A. Dreischuh2 ,
M. Schätzel2 , F. Grasbon2 , F. Lindner2 , H. Walther2 , R.
Moshammer3 , F. Feuerstein3 und J. Ullrich3 — 1 Max-BornInstitut, Berlin — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching —
3
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Im Rückstreumodell für die nicht-sequentielle Doppelionisation sollte eine Schwelle” für die e− Stossionisation des einfach geladenen Ions
”
vorhanden sein. Sie wird erreicht, sobald Ekin,max = 3.17Up des zuerst ionisierten e− kleiner als das Ionisationspotential Ip+ des Ions wird. Wir haben das Verhalten der Doppelionisation von Ar beim unterschreiten dieser Schwelle untersucht. Wir finden in der Impulskorrelation der Photoelektronen jedoch, dass direkte e− Stossionisation auch für Ekin,max < Ip+
beobachtet wird. Dies kann im quasistatischen Grenzfall durch ein Absenken der Ionisationsschwelle von Ar+ durch das elektrische Feld der
Lichtwelle erklärt werden. Neben der direkten Stossionisation von Ar+
finden wir einen bei Verringerung der Lichtintensität verstärkt auftretenden zweiten Doppelionisationskanal. In diesem Kanal werden die e− mit
großen Impulskomponenten parallel zur Polarisationsrichtung der Lichtwelle in entgegengesetzte Richtungen relativ zueinander emittiert.
A 16.4 Do 14:45 F128
Multiple Ionization in Strong Laser Field — •Karl Zrost, Vitor L. Bastos de Jesus, Robert Moshammer, Bernold Feuerstein, and Joachim Ullrich — Max Plank Institut fuer Kernphysik,
Heidelberg
Multiple ionization of He, Ne and Ar in ultra-short (25 fs) intense 800nm laser pulses has been investigated using a ‘ReactionMicroscope’. High-resolution recoil-ion and electron momentum distributions have been recorded over a large range of light intensities from
below 1014 W/cm2 up to several 1015 W/cm2 . The results are discussed in
terms of ionization mechanisms with emphasis on target specific features
and on the transition from non-sequential to sequential double ionization
as the laser intensity increases.
Atomphysik
Donnerstag
A 16.5 Do 15:00 F128
Correlation in two-electron emission in strong-field double ionization of molecules — •Xiaojun Liu1 , E. Eremina1 , H. Rottke1 , W. Sandner1 , G.G. Paulus2 , A. Dreischuh2 , M. Schätzel2 ,
F. Grasbon2 , F. Lindner2 , H. Walther2 , R. Moshammer3 , B.
Feuerstein3 , and J. Ullrich3 — 1 Max-Born-Institut, Max-Born-Str.
2a, D-12489 Berlin — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, HansKopfermann-Str 1, D-85748 Garching — 3 Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, D-69117 Heidelberg
Strong field ionization of molecules is under active investigation. Here
we report on the first differential experimental data for double ionization
of molecules. By using correlated e− - ion momentum spectroscopy, we
measured the momenta of both electrons emitted in double ionization
of the diatomic molecules N2 and O2 with 35 fs laser pulses at center
wavelength of 800 nm. The light intensity was chosen in a regime where
non-sequential double ionization dominates. We find that the correlated
two electron momemtum distributions for these molecules differ from the
available data for atoms in that a local maximum at small momemta
for both electrons is present. Our experimental results also show that
a prominent difference in electron momemtum correlation between N2
and O2 exists, inplying that the correlated electron dynamics is highly
molecule specific.
A 16.6 Do 15:15 F128
Quantum-orbit analysis of nonsequential double ionization —
•C. Figueira de Morisson Faria1 , H. Schomerus2 , and W.
Becker1 — 1 Max-Born-Institut, 12489 Berlin — 2 Max-Planck-Institut
für Physik komplexer Systeme, 01187 Dresden
According to the rescattering mechanism, high-order above-threshold
ionization and nonsequential double ionization (NSDI) occur via elastic
or inelastic collision, respectively, of an electron with its parent ion in the
presence of a strong laser field. For these processes, via a saddle-point
evaluation the quantum-mechanical S matrix can be expanded in terms
of complex orbits that describe these electrons. This ”quantum-orbit”
formalism [1] is computationally powerful and provides, at the same
time, physical insight and predictive power. The orbits naturally
come in pairs, which coalesce near the classical cutoffs. This causes
problems with the saddle-point approximation, which are overcome by
the so-called uniform approximation. In principle, arbitrary potentials
can be employed for binding and rescattering [2]. New applications are
presented for NSDI that concentrate on the role of the binding and
rescattering potentials, electron-electron repulsion in the final state, and
the contributions of ”slow-down” versus ”speed-up” collisions.
[1] P. Salieres et al., Science 292, 902 (2001). [2] C. Figueira de Morisson Faria, H. Schomerus, and W. Becker, Phys. Rev. A 66, 043413
(2002); C. Figueira de Morisson Faria and W. Becker, Laser Phys. (in
press) (2003).
Der genaue Mechanismus der nichtsequentiellen Doppelionisation von
Edelgasatomen ist trotz intensiver experimenteller sowie theoretischer
Bemühungen noch nicht vollständig verstanden. Wir wollen mit Experimenten, die eine Messung der winkelaufgelösten Energiespektren von
Elektronen sowie eine simultane Bestimmung der Ionenausbeuten des
gleichen Ionisationsprozesses erlauben, einen Beitrag leisten. Hierbei interessieren wir uns für die Energie- sowie Winkelverteilung der Elektronen des ersten Ionisationsprozesses (A− > A+ + e− ), die wir als Funktion der Laserintensität, bei einer Wellenlänge von λ = 800 nm und einer
Pulsdauer von 100 fs untersuchen[1]. Im Fall von Xenon, Argon und
Krypton können wir zeigen, dass bei allen Intensitäten, bei denen wir
Doppelionisation beobachten gleichzeitig Hinweise auf nicht-resonante
Einfachionisation im Elektronenspektrum finden können. Im Rahmen
des Vortrages wird die Identifikation der beteiligten resonantenten sowie
nicht-resonanten Prozesse und deren mögliche Bedeutung für die Doppelionisation erörtert. Ferner werden die Vorteile gegenüber einer Koinzidenzmessung [2] dargestellt.
[1] R. Wiehle and B.Witzel, Phys. Rev. Lett. 89, (2002) No. 223002
[2] B.Witzel et al. Phys. Rev. Lett. 85(2000)2268
A 16.8 Do 15:45 F128
Wellenlängenabhängige Multiphotonenionisation von Xenon
— •Patrick Kaminski1 , Rolf Wiehle1 , Vincent Renard2 ,
Anne Kazmierczak2 , Olivier Faucher2 und Bernd Witzel1,2
— 1 Department of Molecular and Optical Physics, Albert-LudwigsUniversität, 79104 Freiburg, Germany — 2 Laboratoire de Physique de
l’Universite de Bourgogne, Dijon, Cedex-France
Es wurden MPI-Prozesse in Xenon mit 150 fs Pulsen untersucht. Die
Messungen der Photoelektronen decken einen Wellenlängen -und Intensitätsbereich ab, der bisher wenig untersucht wurde. Durch einen noncollinear optical parametric amplifier [1] konnte die Pulswellenlänge von
505 bis 636 nm durchgestimmt werden, bei Intensitäten von 5 × 1012
W/cm2 und 1.3 × 1013 W/cm2 . Die Detektion der Elektronen mit einem photoelectron imaging spectrometer (PEIS) [2] erlaubt gleichzeitig
eine Bestimmung der Energie- sowie Winkelverteilung der Elektronen,
die bei der MPI entstehen. Wir konnten nichtresonante Ionisation mit
5 und 6 Photonen beobachten, aber vor allem auch resonante (5+1)Photonenprozesse zwischen 520 und 602 nm im Detail studieren. Eine
Untersuchung der Ionisation in beide Feinstruktur-Zustände 2 P3/2 und
2
P1/2 des Xenonions ist in diesem Bereich ebenfalls möglich. Die Messungen erlauben somit einen detailierten Einblick in die elektronische
Struktur des Xenonatoms [3].
[1] T. Wilhelm et al., Opt. Lett. 22, 1494 (1997).
[2] H. Helm et al., Phys. Rev. Lett. 70, 3221 (1993).
[3] P. Kaminski et al. (to be published).
A 16.7 Do 15:30 F128
Eine neue experimentelle Methode zur Untersuchung der Laserinduzierten Doppelionisation von Edelgase bei 800 nm. —
•Bernd Witzel und Wiehle Rolf — Department of Molecular and
Optical Physics, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Hermann-HerderStrasse 3, 79104 Freiburg
A 17 Postersitzung 2
A 17.1 Do 16:00 Poster
The Classical Face of Quantum Mechanics — •Michael Brieger
— DLR, Institut für Technische Physik, Pfaffenwaldring 38-40, D-70569
Stuttgart
The harmonic oscillator is a paradigm for the seemingly unbridgeable
gap between classical and quantum mechanics: It is classically unimaginable how, e.g., a linear harmonic oscillator should be able to exist only in
stationary states with equally spaced energy eigenvalues. Classically, the
only known stationary state is the situation when the particle is sitting
at the bottom of the potential without kinetic energy. This is quantummechanically not possible because of the zero-point energy. Only the
correspondence principle promises an asymptotic narrowing of the gap
for high quantum numbers. The reason for this dilemma is the axiomatic
claim that only the properties of eigenstates are physically observable.
Raum: Poster
By using the quantum-mechanical calculus, it is quite easy to show that
the contrary is true, namely, that the expectation values in nonstationary states consistently show all features of the familiar classical behavior.
This is demonstrated for the linear and the isotropic two-dimensional harmonic oscillator. In the latter case, the stationary states with angular
momentum are easily recognized as situations of dynamical balance.
Atomphysik
Interference of Ultrashort Free Electron Wave Packets: Analogy to Optics — Christian Horn, Matthias Wollenhaupt, Andreas Assion, Oksana Bazhan, Dirk Liese, Christian SarpeTudoran, Thomas Baumert, •Christian Horn, Matthias Wollenh aupt, Andreas Assion, Oksana Bazhan, and Christian
Sarpe-Tudoran — Universität Kassel, Fachbereich Physik, HeinrichPlett-Str. 40, D-34132 Kassel
Abstract: In a recent experiment interferences of free electron wave
packets generated by a pair of identical, time-delayed, femtosecond laser
pulses have been observed [1]. Initially a double peaked wave packet is
prepared by photoionization. Due to the dispersion of matter waves the
wave packets spread and overlap giving rise to interference structures.
The shape of the wave function eventually converges to the photoelectron spectrum taken on a spatial scale. In this contribution we show
the analogy of the propagation of matter waves in vacuum to the propagation of light pulses in dispersive media. We discuss the measurement
of a conjugate variable, i.e. the momentum distribution in coordinate
space for matter waves in comparison to measurements of the frequency
spectrum in time domain for light pulses.
[1] M. Wollenhaupt, A. Assion, D. Liese, Ch. Sarpe-Tudoran, T.
Baumert, S. Zamith, M.A. Bouchene, B. Girard, A. Flettner, U. Weichmann and G. Gerber. Phys. Rev. Lett 89, 173001 (2002).
Towards a new Measurement of the Decay Rate of the
Positronium Negative I on — •F. Fleischer1 , M. Lestinsky1 , G.
Gwinner1 , K. Degreif1 , V. Liechtenstein2 , F. Plenge1 , and D.
Schwalm1 — 1 MPI für Kernphysik, 69029 Heidelberg — 2 Kurchatov
Institute, Moscow
Consisting of two electrons and a positron, the positronium negative
ion (Ps− ) represents the simplest three-body-system with a bound
state. Being free from perturbations due to strong interactions the
system provides interesting opportunities to test our understanding
of the three-body problem and quantum electrodynamics. Previous
experiments have so far only proved the existence of Ps− [1] and
determined the decay rate with 4% accuracy [2]. To allow for a test
of radiative corrections and bound-state contributions to the decay
rate an increase in precision of at least one order of magnitude is
necessary. Of particular interest would be also the measurement of
the 3γ/2γ-branching ratio because of its relevance to the ortho-Ps
lifetime. An experiment has been built up at the MPI für Kernphysik
to investigate the decay rate and other properties of Ps− in more detail.
The first preliminary measurements as well as current improvements to
the existing set-up will be discussed.
[1] A.P. Mills, Jr., Phys. Rev. Lett. 46, 717(1981)
[2] A.P. Mills, Jr., Phys. Rev. Lett. 50, 671(1983)
Interactive tools for the application of Racah’s algebra in atomic
and molecular physics — •S. Fritzsche1 , G. Gaigalas2 , and
M. Tomaselli3 — 1 Universität Kassel, D–34132 Kassel, Germany —
2
Vilnius University Research Institute of Theoretical Physics and Astronomy, Vilnius, Lithuania — 3 Institut für Kernphysik, Universität Darmstadt, D–64289 Darmstadt
The theory of angular momentum offers two crucial advantages for
the treatment of quantum many–particle systems: (i) the definition of
rather a small number of standard quantities and (ii) a very elegant and
powerful calculus which help simplify and evaluate sophisticated expressions. Owing to these advantages, the techniques from this theory (sometimes known also as Racah algebra techniques) have been utilized in a
large number of applications and in quite different fields of many–particle
physics [1].
To facilitate the application of this theory for a wide range of atomic
and molecular (structure and collision) systems, we have developed the
Racah program [2] during the last years which, within the framework
of Maple, facilitates both the simplification of complex expression as
well as numerical computations. Here, we discuss a number of recent extensions to the Racah program where, in particular, a large set of new
symbols and functions were incorporated in addition.
[1] E. P. Wigner, Group Theory and its Application to the Quantum Mechanics of Atomic Spectra (Academic Press, New York, 1959).
[2] S. Fritzsche et al., Comput. Phys. Commun. 111, 167 (1998); Comput.
Phys. Commun., 139, 314 (2001).
Donnerstag
Multiphotonionisation von Argon bei verschiedenen Laserintensitäten und -polarisationen — •Susanne Kammer1 , Matthias
Weckenbrock1 , André Staudte1 , Matthias Smolarski1 , Ravi
Bhardwaj2 , David Villeneuve2 , Paul Corkum2 und Reinhard
Dörner1 — 1 Institut für Kernphysik, J.W.Goethe Universität Frankfurt, August-Euler-Strasse 6,D-60486 Frankfurt am Main — 2 National
Research Council of Canada, 100 Sussex Drive, Ottawa, ON K1A 0R6,
Canada
Mit Hilfe eines COLTRIMS-Experimentes wurde die Multiphotonionisation von Argon in 50 fs Pulsen eines 780 nm Ti:SaphirLasers bei verschiedenen Intensitäten und Polarisationen gemessen. Insbesondere die
Elektronenkorrelation wird im Hinblick auf das Rescattering-Modell untersucht und mit Ergebnissen aus vorhergegangenen Experimenten verglichen.
Atomic ionization dynamics as laser intensity probe — •Elena
Gubbini1 , Ulrich Eichmann1,2 , and Wolfgang Sandner1,3 —
1
Max Born Institut, Max Born str. 2a, 12489 Berlin — 2 TU Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, 10623 Berlin — 3 TU Berlin,
Optisches Institut, 10623 Berlin
Focussing currently available short-pulse high-power lasers down to
diffraction limited spot sizes results in intensities between 1018 W/cm2
and 1021 W/cm2 . A problem is the accurate determination of the intensity, typically derived from independent measurements of focal spot size,
pulse energy and pulse duration. Not all of these parameters can be obtained at full power, leading to large variations on the quoted intensity of
otherwise comparable systems. For this and other reasons a direct measurement of the intensity, using a widely accepted standard procedure, is
highly desirable. We are investigating a method based on the ionization
dynamics of single atoms, where the highest produced charge state gives
a measure of the maximum field strength in the focus and, hence, the
intensity up to today’s highest values.
We will discuss various aspect of the calibration procedure of this method,
including the theoretical description of the ionization process and the
technical aspects of developing a standardized ”atomic intensity probe”.
Neue Messungen an D2 in kurzen Laserpulsen — •André
Staudte1 , Matthias Weckenbrock1 , Susanne Kammer1 ,
Matthias Smolarski1 , Ravi Bhardwaj2 , David Villeneuve2 ,
Paul Corkum2 und Reinhard Dörner1 — 1 Institut für Kernphysik,
J.W.Goethe Universität Frankfurt, August-Euler-Straße 6, D-60486
Frankfurt am Main — 2 National Research Council of Canada, 100
Sussex Drive, Ottawa, ON K1A 0R6, Canada
Es werden Ergebnisse von Messungen präsentiert, bei denen D2 in 50fs
Pulsen eines 780 nm Ti:SaphirLasers bei mittleren Intensitäten von 0.6 2.0 · 1014 W/cm2 mittels COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum
Spectroscopy) untersucht wurde. Insbesondere wurde nach Hinweisen auf
Beugung von Rescattering-Elektronen am Molekülgitter gesucht. Dazu
wurde ein gekühlter Gasjet in einer UHV-Apparatur dem fokussierten
Laserlicht ausgesetzt. Die Ionisationsprodukte wurden mit elektrischen
und magnetischen Feldern auf positionsempfindliche, multihitfähige Detektoren geführt, so daß eine Rekonstruktion der Fragmentimpulse zum
Zeitpunkt der Ionisation möglich ist.
Oscillatory pattern in spectra of photoelectrons produced
by photodetachment — •Igor Kiyan, Rainer Reichle,
Dag Hanstorp, and Hanspeter Helm — Fakultät für Physik,
Albert-Ludwigs-Universität, D-79104 Freiburg
An imaging technique is used to record energy and angle resolved spectra of electrons produced by photodetachment of F− in a strong infrared
laser pulse. The spectra are measured at different laser frequencies in
the range where the lowest order process requires absorption from 4 to 6
photons to overcome the detachment threshold. The spectra reveal an oscillatory behavior of the electron distribution as a function of the kinetic
energy, which gradually evolves with the change of the frequency. As a
part of the oscillatory pattern, each spectrum exhibits at higher energies
a plateau localized along the laser polarization axis. A Keldysh-like theory is able to qualitatively describe the observed features in the spectra
without taking into account the re-scattering of the photoelectron on the
residual core. The parity of the initial state of the negative ion is shown
Atomphysik
to be of great importance in the description of the experimental results.
Ein Reaktionsmikroskop zur Untersuchung der Mehrfachionisation in intensiven Laserfeldern — •Artem Rudenko, Claus
Dieter Schröter, Robert Moshammer, Daniel Fischer, Vitor
L. Bastos de Jesus, Karl Zrost und Joachim Ullrich — MaxPlanck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg, Saupfercheckweg 1
Zur Untersuchung der Dynamik von Mehrfach-Ionisationsprozessen in
ultrakurzen (25 fs), intensiven Laserpulsen (1014 − 1015 W/cm2 , 800 nm)
wurde ein neues, UHV-kompatibles Reaktionsmikroskop aufgebaut. Es
gestattet Ionisationsprozesse bei einem Druck von 1 × 10−11 mbar untergrundfrei zu untersuchen. Durch den Einsatz großflächiger, positionsempfindlicher MCP-Detektoren (Durchmesser 127 mm) können die Impulse der erzeugten Ionen und Elektronen mit sehr guter Auflösung gemessen werden.
Derzeit wird die UHV-Apparatur erweitert. Das Spektrometer wird
tieftemperaturgekühlt (wenige Kelvin), wobei durch Kryosorption dann
Basisdrücke < 10−13 mbar erwartet werden. Unter diesen (wasserstofffreien) Bedingungen wird insbesondere die Dynamik der Doppelionisation an Heliumatomen untersucht.
Das neue Reaktionsmikroskop ist in Betrieb. Erste Ergebnisse zur
Doppelionisation an He- und Ar-Atomen im nicht-sequentiellen und sequentiellen Bereich werden vorgestellt.
A 17.10 Do 16:00 Poster
Analysis of Angular Distributions and Quantum Path Interference Effects in Strong-field Photodetachment of H − . — •Rainer
Reichle, Hanspeter Helm, and Igor Yu. Kiyan — Fakultät für
Mathematik und Physik, Universität Freiburg
Recently, we determined the differential photodetachment rate of negative hydrogen in a strong-field regime over a wide area in the phase
space of the electronic continuum state [1]. Excess photon detachment
channels up to four photons above threshold appear in the spectrum.
We simulate this process with the help of an analytical Keldysh theory
and account for the spatial and temporal profiles in the laser focus, as
well as ponderomotive energy shifts. A direct comparison shows excellent
agreement between theory and experiment. We present an analysis of the
energy resolved angular distributions in terms of complex partial wave
amplitudes. The conformity of the theory with semiclassical approaches
implies an analogy to a double-slit configuration [1]. In this picture,
the two equivalent paths describe the observed quantum interference effect near the threshold. We analyze this interference effect within the
Keldysh approach and outline the conditions at which it preferentially
occurs. Supported by the DFG (SFB 276 C14).
[1] R. Reichle, H. Helm, I. Yu. Kiyan, Phys. Rev. Lett. 87, 243001
(2001)
A 17.11 Do 16:00 Poster
Dynamik einfacher und mehrfacher Ionsiation in intensiven Laserpulsen — •Karl Zrost1 , Vitor L. Bastos de Jesus1 , Artem Rudenko1 , Claus Dieter Schröter1 , Robert Moshammer1 ,
Wolfgang Sandner2 , Horst Rottke2 und Joachim Ullrich1 —
1
Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg, Saupfercheckweg 1 — 2 Max-Born-Institut, 12489 Berlin, Max-Born-Str. 2a
Die Dynamik von Ionisationsprozessen in kurzen (25 fs), intensiven (0.1 − 2P W/cm2 ) Laserpulsen wurde detailliert, unter Verwendung von Reaktions-Mikroskopen untersucht. Diese ermöglichen es, die
vollständigen Impulsvektoren mehrerer Fragmente (Ionen, Elektronen)
mit großem Raumwinkel und sehr guter Auflösung simultan zu vermessen. Korrelierte Elektronenspektren für die Doppelionisation wurden sowohl im ”sequentiellen” als auch im ”nicht-sequentiellen” Bereich für
verschiedene Targetatome aufgenommen und werden mit theoretischen
Vorhersagen verglichen. Darüberhinaus zeigen auch die Spektren für die
Einfachionisation im Tunnelbereich überraschende und bisher nicht bekannte Strukturen. Neueste semiklassische Rechnungen interpretieren
diese ebenfalls als eine Folge der Wechselwirkung des nach dem Tunnelprozess im Laserfeld oszillierenden Elektrons mit dem übrigbleibenden
Ion - also wie bei der nicht-sequentiellen Doppelionisation als Folge der
”Rückstreuung” (”recollision”).
Donnerstag
A 17.12 Do 16:00 Poster
High harmonic generation from positronium in strong laser
fields — •Björn Henrich, Karen Z. Hatsagortsyan, and
Christoph H. Keitel — Theoretische Quantendynamik, Fakultät für
Mathematik und Physik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3,
D-79104 Freiburg, Germany
The quantum dynamics and high harmonic generation (HHG) from
positronium in infrared laser fields up to 1013 W/cm2 are considered
theoretically [1]. The quantum treatment based on the solution of the
Schrödinger equation generalizes the Lewenstein model to describe a two
body problem. Both the Lorentz force due to the laser magnetic field
component and the center of mass motion are taken into account. It
is shown that in the positronum case, in contrast to atomic HHG, the
drift in the laser propagation direction due to the magnetic field does not
reduce the HHG intensity when the center of mass does not experience
a drift in the polarization direction of the laser field. In addition the
spectrum for moderate laser intensities shows signatures of the center of
mass motion in the propagation direction.
The feasibility of weak coherent γ ray generation based on laser induced annihilation of positronium in a strong field is discussed as well.
[1] Essential discussions with Dieter Habs are greatly appreciated.
A 17.13 Do 16:00 Poster
Crystal layers in extremely intense laser pulses: Dynamics and
x-ray generation — •Karen Z. Hatsagortsyan and Christoph
H. Keitel — Theoretische Quantendynamik, Fakultät für Physik, Universität Freiburg, H.-Herder-Str. 3, D-79104 Freiburg, Germany
The interaction of a short intense laser pulse with a thin solid crystal
layer is considered with emphasis on coherent x-ray generation [1]. For a
selective range of parameters the initial regular structure of a thin layer is
preserved during the short interaction. In one regime with the transversal oscillation amplitude of the electron in the laser field exceeding the
layer transversal width, the electrons are extracted from the layer due
to the extreme force. After excursion through free space they penetrate
periodically through the ionic structure. Thousands of harmonics of the
laser radiation field are shown to coherently amplify along the interaction length [1], the gain being competative with that of leading x-ray
sources [2]. In another regime of laser-crystal parameters, the high index
of refraction of the medium along with its regularity can lead to phase
matching between the fundamental and high harmonic waves being generated in this case mainly by the tunneling-recollision mechanism. We
predict very high temporal and spatial coherence of the radiation in the
hard x-ray domain [1]. 2D-PIC simulations with moving ions are finally
employed to display the crystal dynamics.
[1] K.Z. Hatsagortsyan and C.H. Keitel, Phys. Rev. Lett. 86, 2277
(2001) and J. Phys. B 35, L175 (2002).
[2] R.C. Elton, X-ray lasers (Academic Press, London, 1990); D. Guiletti
and L.A. Gizzi, Riv. Nuov. Cim. 21, 1 (1998).
A 17.14 Do 16:00 Poster
High harmonic generation from positronium in strong laser
fields — •Björn Henrich, Karen Z. Hatsagortsyan, and
Christoph H. Keitel — Theoretische Quantendynamik, Fakultät für
Mathematik und Physik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3,
D-79104 Freiburg, Germany
The quantum dynamics and high harmonic generation (HHG) from
positronium in infrared laser fields up to 1013 W/cm2 are considered
theoretically [1]. The quantum treatment based on the solution of the
Schrödinger equation generalizes the Lewenstein model to describe a two
body problem. Both the Lorentz force due to the laser magnetic field
component and the center of mass motion are taken into account. It
is shown that in the positronum case, in contrast to atomic HHG, the
drift in the laser propagation direction due to the magnetic field does not
reduce the HHG intensity when the center of mass does not experience
a drift in the polarization direction of the laser field. In addition the
spectrum for moderate laser intensities shows signatures of the center of
mass motion in the propagation direction.
The feasibility of weak coherent γ ray generation based on laser induced annihilation of positronium in a strong field is discussed as well.
[1] Essential discussions with Dieter Habs are greatly appreciated.
A 17.15 Do 16:00 Poster
Modifikation ultraschneller Elektronen-Einfangprozesse durch
Laserfelder — •Tom Kirchner — Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, D-69117 Heidelberg
Atomphysik
Ladungstransfer in Ion-Atom-Stößen lässt sich bei nicht zu hohen Stoßenergien über die dynamische Verkopplung quasimolekularer Zustände
verstehen. In diesem Beitrag wird auf der Grundlage einer quantenmechanischen Rechnung untersucht, inwieweit dieses Bild zu modifizieren
ist, wenn der Stoß in einen Laserpuls eingebettet wird. Es zeigt sich, dass
die Transferdynamik sensitiv von der Synchronisation des zeitabhängigen
Coulombfeldes des bewegten Projektils und des oszillierenden Laserfeldes
abhängt. Je nach Wahl der relevanten Parameter kann die Einfangwahrscheinlichkeit gegenüber dem feldfreien Stoß erhöht oder reduziert werden. Zwar scheint es nicht möglich zu sein, experimentell die Felder auf
der erforderlichen Zeitskala zu kontrollieren, um einen Stoß entsprechend
zu manipulieren, jedoch sollte es möglich zu sein, Information über die
Synchronisation der Felder aus hochdifferentiellen Spektren zu extrahieren.
A 17.16 Do 16:00 Poster
Resonant and non-resonant photoemission of C60 — •S. Korica1 , A. Reinköster1 , B. Langer2 , S. Cvejanovic1 , J. Viefhaus1 ,
and U. Becker1 — 1 Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft,
Faradayweg 4–6, 14195 Berlin — 2 Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2a,
12489 Berlin
Recent measurements of the non-resonant valence photoemission of
C60 in the oscillatory regime have shown that advanced theoretical calculations are capable to describe the measured cross-section behaviour in
great detail [1]. The corresponding calculations predict also pronounced
resonances in the partial cross section and angular distribution asymmetry parameter which have not been studied so far. We have therefore
made measurements with high photon resolution and small energy steps
in order to reveal the predicted resonance structures experimentally. The
surprising result of these experiments was that most of the resonances
are completely absent in the partial cross section curves measured simultaneously by time-of-flight detection for all valence transitions, but
with particular emphasis on HOMO and HOMO-1. The same observation is made for the corresponding angular distribution asymmetry
parameter curves. Possible explanations for this unexpected behaviour
are discussed.
[1] A. Rüdel, R. Hentges, U. Becker, H. S. Chakraborty, M. E. Madjet,
and J. M. Rost, Phys. Rev. Lett. 89 (2002), 125503
A 17.17 Do 16:00 Poster
Partialwellenanteile von Auger-Zerfällen der Kr I 3d9 5pResonanzen aus Orientierung und Alignment von Kr II
4p4 5p-Zuständen — •R.H. Schill1 , D. Hasselkamp1 , S. Kammer1 , S. Mickat1 , B. Zimmermann1 , K.-H. Schartner1 , A.
Ehresmann2 , H. Schmoranzer2 , M. Schlüter2 , Yu. Schutov2 ,
B.M. Lagutin3 und V.H. Sukhorukov3 — 1 I. Physikalisches
Institut, Justus Liebig-Universität, 35392 Gießen — 2 Fachbereich
Physik, Universität Kaiserslautern, 67653 Kaiserslautern — 3 Rostov
State University of Transport Communications, 344038 Rostov-on-Don,
Russia
Orientierung und Alignment von Kr II 4p4 5p-Zuständen, die durch
resonante Auger Übergänge auf verschiedenen Kr I 3d9 5p-Resonanzen
besetzt werden können, wurden mit Hilfe der Photoneninduzierten Fluoreszenzspektroskospie (PIFS) und einer Stokes Parameter Analyse gemessen, um die jeweiligen Elektronen-Partialwellenanteile zu bestimmen
und mit berechneten Werten zu vergleichen. Die bei BESSY II durchgeführten Messungen erfolgten mit zirkularer (linearer) Anregung, um
die Orientierung (das Alignment) zu bestimmen. Die Analyse des Fluoreszenzlichtes im sichtbaren Wellenlängenbereich erfolgt doppelt. Einem
λ/4-Plättchen und einem rotierenden Polarisationsfilter folgt einerseits
ein Interferenzfilter und ein Photomultiplier und andererseits ein 1mnormal incidence-Monochromator und ein MCP-Detektor, der ein zweidimensionales Spektrum aufnimmt.
Donnerstag
A 17.18 Do 16:00 Poster
Verknüpfung von Photoionisationsmessungen an Sc2+ -Ionen
mit Photorekombinationsmessungen an Sc3+ -Ionen mittels
mikroskopischer Zeitumkehrinvarianz — •Stefan Schippers1 ,
A. Müller1 , S. Ricz2 , M. E. Bannister3 , G. H. Dunn4 , J.
D. Bozek5 , A. S. Schlachter5 , G. Hinojosa6 , C. Cisneros6 ,
A. Aguilar7 , A. M. Covington7 , M. F. Gharaibeh7 und R.
A. Phaneuf7 — 1 Justus-Liebig-Universität Gießen — 2 ATOMKI,
Debrecen, Ungarn — 3 Oak Ridge National Laboratory, Tennessee,
USA — 4 JILA, University of Colorado, Boulder, Colorado, USA —
5
ALS, Lawrence Berkeley Laboratory, California, USA — 6 UNAM,
Cuernavaca, Mexcio — 7 University of Nevada, Reno, Nevada, USA
Die zueinander inversen Prozesse Photoionisation (PI) und Photorekombination (PR) sind über das Prinzip der mikroskopischen Zeitumkehrinvarianz (detailliertes Gleichgewicht) miteinander verknüpft. Hier wird
das Prinzip des detaillierten Gleichgewichts für die Gegenüberstellung
von experimentell bestimmten Sc2+ -PI- und Sc3+ -PR-Querschnitten herangezogen. Die Sc2+ -PI-Messungen [1] wurden an der Synchrotronstrahlungsquelle ALS in Berkeley (USA) durchgeführt und mit Sc3+ -PRMessungen [2] am Heidelberger Schwerionenspeicherring TSR verglichen.
Die Kombination von hohem Auflösungsvermögen des PI-Experiments
und hoher Zustandsselektivität des PR-Experiments ermöglicht für das
System Sc2+ /Sc3+ die rein experimentelle Bestimmung zustandsselektiver, absoluter PI- bzw. partieller PR-Querschnitte [1].
[1] S. Schippers et al., Phys. Rev. Lett. 89, 193002 (2002)
[2] S. Schippers et al., Phys. Rev. A 65, 042723 (2002)
A 17.19 Do 16:00 Poster
Strahlende Zerfälle doppelt angeregter Heliumzustände — •S.
Mickat1 , K.-H. Schartner1 , S. Kammer1 , B. Zimmermann1 , R.H.
Schill1 , Yu. Schutov2 , M. Schlüter2 , A. Ehresmann2 , H.
Schmoranzer2 , R. Follath3 und G. Reichardt3 — 1 I. Physikalisches Institut, Justus Liebig-Universität, 35392 Gießen — 2 Fachbereich
Physik, Universität Kaiserslautern, 67653 Kaiserslautern — 3 BESSY
mbH, 12489 Berlin
Helium ist der Prototyp eines Mehrelektronensystems und nach wie vor
Gegenstand grundlegender experimenteller und theoretischer Untersuchungen. Bis vor kurzem wurden strahlende Zerfälle von He** gegenüber
der Autoionisation völlig vernachlässigt. Inzwischen sind sie Gegenstand
intensiver Experimente. Von theoretischer Seite wurde die bisher einzige
Berechnung der Zerfallsraten in einfach angeregte He-Atome von Žitnik
et al. publiziert. Dabei zeigen die (sp,25-)-Resonanzen ein komplexes
und breites Zerfallsschema mit Schwerpunkt bei Übergängen in He*(4d)
und He*(4s). Der (sp,25+)-Zustand, d.h. die Überlagerung (2s5p +
2p5s), zerfällt bevorzugt in He*(5s) und der 2p5d-Zustand in He*(5d).
Dieses Verhalten wird nach unseren bisherigen Messungen qualitativ und
zum Teil auch quantitativ bestätigt.
A 17.20 Do 16:00 Poster
Magnetic circular dichroism in the ion yield of laser polarized
Chromium atoms at the 2p-edge — •Georg Prümper1 , Sophie
Kröger2 , Ralf Müller2 , Michael Martins3 , Jens Viefhaus1 ,
Peter Zimmermann2 , and Uwe Becker1 — 1 Fritz-Haber-Institut der
MPG, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin — 2 Institut für Atomare Physik und
Fachdidaktik, TU Berlin, Hardenbergstr. 36, 19623 Berlin — 3 Institut
für Experimentalphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149,
22761 Hamburg
The effect of magnetic dichroism in the partial and total ion yield
of chromium i.e. the absorption of laser polarized chromium vapor was
observed for the first time in the gas phase. The measurements were
performed at the 2p-edge and at photon energies above the 2p-edge using monochromatized synchrotron radiation of the electron storage ring
BESSY II. Experimental results will be presented and the implications
for the sum rules used as a standard tool to calculate the spin and orbital
momentum in the solid state community will be discussed.
A 17.21 Do 16:00 Poster
Accurate calculations of atomic properties and level structures
— •S. Fritzsche1 , G. Gaigalas2 , and B. Fricke1 — 1 Universität
Kassel, D–34132 Kassel, Germany — 2 Vilnius University Research Institute of Theoretical Physics and Astronomy, Vilnius, Lithuania
The need for accurate atomic parameters has grown steadily over the
last two decades. Today, reliable predictions about the structure and
dynamics of free atoms are required not only in astro physics and fusion
research (the traditional areas for applying atomic structure theory) but
Atomphysik
also in a variety of other, recently emerging fields such as uv– and x–
ray lithography, the optimization of ion sources, the generation of nanostructures, or even in the search for more efficient x–ray laser schemes.
Here, we review the current capabilities and recent developments of
the Ratip package [1] which has been found useful in the past for studying the level structures, transition probabilities, and Auger properties of
atoms and ions with (rather) arbitrary shell structures. Recent extensions to this package concerned, for instance, the radiative and dielectronic capture into multiple charged ions as well as electron–impact and
photoionization processes. — During the last two years, the application
of this package helped to understand a large variety of experiments and
case studies.
[1] S. Fritzsche, J. Electr. Spec. Rel. Phenon. 114–116, 1155–64 (2001)
A 17.22 Do 16:00 Poster
Identifizierung der Resonanzen der Ar + 3p4 4s(2,4 P ) Satellitenproduktion im Bereich der Ionisationsschwellen — •Kammer
Sven1 , Mickat S.1 , Zimmermann B.1 , Schill R.1 , Schartner K.H.1 , Schutov J.2 , Werner L.2 , Schlüter M.2 , Ehresmann A.2 ,
Schmoranzer H.2 und Follath R.3 — 1 I. Physikalisches Institut,
Justus Liebig Universität, 35392 Giessen — 2 Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, 67763 Kaiserslautern — 3 BESSY mbH, 12489
Berlin
Auf Grund der hohen Primärauflösung von Synchrotronstrahlungsquellen der 3. Generation bei gleichzeitig hohem Fluss konnten Strukturuntersuchungen an den Ar + 3p4 4s(2,4 P ) Satelliten gemacht werden. Diese Untersuchungen wurden mit Hilfe der Photoneninduzierten Fluoreszenzspektroskopie (PIFS) durchgeführt. Untersucht wurden
die Übergänge 3p4 4s(4 P )→3p5 (2 P ) im Bereich von 32,5 bis 35,5 eV,
sowie 3p4 4s(2 P )→3p5 (2 P ) im Bereich von 33 bis 35,5 eV. Bereits bei
Messungen an Synchrotronstrahlungsquellen der 2. Generation wurden isolierte Resonanzen sichtbar, eine exakte Zuordnung zu einzelnen
Zuständen von Rydbergserien war jedoch nicht möglich, da die erforderliche Primärauflösung nicht vorhanden war. Bei den Untersuchungen an
BESSY II zeigte sich eine Unterstruktur, die eine Zuordnung zu einzelnen Rydbergzuständen erlaubt. Es sind Rydbergserien bis zu etwa n=20
aufgelöst. Die Zuordnung ist erschwert durch den starken Einfluss von
Perturbern innerhalb der Serien.
A 17.23 Do 16:00 Poster
Photoneninduzierte N e+ 2s2 2p4 (3 P )3p(2,4 LJ ) - Satellitenproduktion: Strukturanalyse und Alignment. — •Bernd Zimmermann1 , Sven Kammer1 , Sascha Mickat1 , Karl-Heinz Schartner1 , Holger Liebel2 , Arno Ehresmann2 , Hans Schmoranzer2 ,
Rolf Follath3 und Gerd Reichardt3 — 1 I. Physikalisches Institut,
Justus-Liebig-Universität, 35392 Giessen — 2 Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, 67653 Kaiserslautern — 3 BESSY mbh, 12489 Berlin
Mit Hilfe der Photoneninduzierten Fluoreszenzspektroskopie (PIFS)
wurde am Berliner Elektronenspeicherring BESSY II die Produktion
von N e+ 2s2 2p4 3p - Satelliten untersucht. Diese Edelgas-ValenzschalenSatelliten werden ausschließlich über Elektronenkorrelationen besetzt
und werden im Anregungsschwellenbereich durch Autoionisation aus doppelt angeregten Rydbergzuständen verstärkt. Ne besitzt im 2s2 2p6 (1 S0 )
- Grundzustand eine 2p5 3p - Beimischung, welche die direkte Besetzung
des 2p4 3p2 P - Satelliten und Doppelanregungen ermöglicht. Es wurden
Wirkungsquerschnitte und das Alignment der verschiedenen Photoionen
im Spektralbereich zwischen 330 und 380 nm bestimmt. Das Alignment
der Photoionen enthält Informationen über die Partialwellenzusammensetzung der emittierten Elektronen.
A 17.24 Do 16:00 Poster
Elektron-Phonon-Kopplung in freien Silberclustern — •Markus
Maier, Nina Morgner, Oleg Kostko und Bernd v.Issendorff
— Fakultät für Physik, Universität Freiburg, H.Herderstr. 3, 79104 Freiburg
Ähnlich wie bei Natriumclustern[1] kommt es auch bei freien Silberclustern zur thermischen Emission von Elektronen, wenn das Elektronengas
durch Absorption mehrerer Photonen aus einem fs-Laserpuls stark aufgeheizt wird. Dieser Effekt lässt sich in einem pump-probe-Experiment
(Bestrahlung des Clusters mit zwei Pulsen variablen Abstands) dazu
verwenden, die Abkühlung des Elektronengases durch Energieübertrag
auf den Ionenhintergrund direkt zu verfolgen. Hier werden erste Messungen gezeigt, bei denen massenselektierte negativ geladene Silbercluster
mit Größen zwischen 50 und 400 Atomen untersucht worden sind. Die
verwendeten Laserpulse hatten dabei eine Wellenlänge von 400 nm, eine
Donnerstag
Dauer von etwa 200 fs und eine Intensität von einigen 109 Watt/cm2 .
Die aus den Messungen gewonnenen Werte für die Elektron-PhononKopplungskonstante zeigen nur eine geringe Abhängigkeit von der Clustergröße.
[1] R.Schlipper, R. Kusche, B.v.Issendorff, and H.Haberland,
App.Phys.A. 72, 255 (2001).
A 17.25 Do 16:00 Poster
Anwendung der Pump-Probe Technik zur Untersuchung der
Aufladungsdynamik von Metallclustern — •T. Döppner, Th.
Diederich, P. Radcliffe, S. Teuber, J. Tiggesbäumker und K.H. Meiwes-Broer — Fachbereich Physik, Universität Rostock, Universitätsplatz 3, 18051 Rostock
Bei der Wechselwirkung von Metallclustern mit intensiven Laserfeldern
(1015 . . . 1016 W/cm2 ) ist eine Coulomb–Explosion hochgeladener Ionen zu
beobachten. Besonders hohe Ladungszustände konnten mit Pulslängen
zwischen 600 und 800 fs erzielt werden, die durch eine zeitverzögerte
resonante Einkopplung in die kollektive Mode des Clusters verursacht
wird [1,2]. Die Pump–Probe Technik hat sich als geeignet erwiesen, die
Dynamik besser aufzulösen und so die Interpretation der Ergebnisse zu
vereinfachen. Untersucht wurden freie sowie in Heliumtröpfchen eingebettete Silbercluster. Dabei stellt sich heraus, dass der Zustand optimaler Absorption im Heliumtröpfchen schneller erreicht wird. Allerdings
wird ein geringerer maximaler Ladungszustand beobachtet, was durch
Ladungstransfer zwischen den geladenen Metallionen und der Heliummatrix erklärt werden kann.
[1] L. Köller, M. Schumacher, J. Köhn, S. Teuber, J. Tiggesbäumker, and
K.H. Meiwes–Broer, Phys. Rev. Lett. 82, 3783 (1999)
[2] T. Döppner, S. Teuber, M. Schumacher, J. Tiggesbäumker, K.H.
Meiwes–Broer, Appl. Phys. B 71, 357 (2000)
A 17.26 Do 16:00 Poster
UV-Photoelektronenspektroskopie an Edelmetallclustern —
•Oleg Kostko, Nina Morgner, Marga Astruc Hoffmann und
Bernd v.Issendorff — Fakultät für Physik, Universität Freiburg,
H.Herderstr. 3, 79104 Freiburg
Die Metalle der Gruppe IB (Gold, Silber und Kupfer) gelten, nicht
zuletzt wegen ihrer guten Leitfähigkeit, als einfache Metalle, die sich gut
durch das Modell des freien Elektronengases beschreiben lassen. Für
Cluster aus solchen Metallen erwartet man, dass die elektronische Zustandsdichte eine deutliche Schalenstruktur aufweist, wie dies z.B. im
Fall von Alkaliclustern auch beobachtet wird [1,2]. Wir habe an massenselektierten Kupfer-, Silber- und Goldclusteranionen Photoelektronenspektren bei einer Photonenenergie von 6.42 eV gemessen, und zwar im
Größenbereich zwischen 21 und 200 Atomen, wo bisher noch keine gutaufgelösten Messungen vorlagen. Die Spektren zeigen stark strukturierte
Zustandsdichten, die deutlich von der erwarteten Schalenstruktur abweichen. Dies weist auf eine relativ starke Wechselwirkung der Elektronen
mit dem Kristallgitter in diesen Metallen hin, wodurch offenbar die Entartung der Schalen aufgehoben wird, bis hin zur völligen Vermischung
der Zustände. Darüber hinaus zeigen die Spektren starke Hinweise für
eine Ikosaeder-Struktur dieser Cluster.
[1] W.A. de Heer, Rev. Mod. Phys. 65, 611 (1993).
[2] G. Wrigge, M. Astruc Hoffmann, and B.v. Issendorff, Phys.Rev. A
65, 063201 (2002).
A 17.27 Do 16:00 Poster
Multiple photoionization of fullerenes and metal clusters. —
•Oleg Kidun, Natasha Fominykh, and Jamal Berakdar — MaxPlanck Institut für Mikrostrukturphysik, Weinberg 2, 06120 Halle
For the description of the multiple ionization of fullerenes and clusters
by a single photon, the statistical energy deposition model [1] is used.
Within this model, the process of multiple photoionization is treated
as a three-stage event. First, the energy of the photon is absorbed by
one of the bound electrons of the target. Then, the kinetic energy of
this excited photoelectron is transferred to electronic excitations of the
cluster. In the third stage, the deposited energy is distributed among
all target electrons and the system subsequently autoionizes to reach its
final ionization state. We calculate the Coulomb and the single photoionization matrix elements of the multielectron targets in the Hartree-Fock
approximation and the Random Phase Approximation with Exchange.
This procedure renders possible an insight into the material, structural
and energy dependence of the multiple ionization processes. For the first
time the probabilities of different multiple photoionization reactions in
Atomphysik
C60 and lithium clusters are compared and analyzed, and their order of
magnitude is evaluated. [1] A. Russek and J. Meli, Physika, 46, 1970,
222.
A 17.28 Do 16:00 Poster
Optically Trapped Atoms as a Target for Molecular Ion Beams
— •Wenzel Salzmann, Roland Wester, and Matthias Wester
— Max-Planck-Institut für Kernphysik, Postfach 103980, 69029 Heidelberg
We are setting up a new experiment in which we combine a magnetooptical trap for alkali atoms with Recoil Ion Momentum Spectroscopy
(RIMS)[1]. The projectile ion beam will consist of diatomic molecular
ions at keV energies (in particular H2+ ). The RIMS technique allows
a kinematically complete collision experiment which gives precise information on both the energy and momentum exchange between projectile
and target. By using optical manipulation techniques the target can be
prepared in a well defined internal state. Additionally, due to optical
cooling one can expect a limit in the momentum resolution to be of the
order 10−2 a.u. With this setup we will investigate charge transfer collisions between the trapped atoms and molecular ions. This will open a
new approach to map the electronic manifold of highly excited molecular Rydberg states. In a second step the molecular ions will be stored
in a linear electrostatic trap[2] in order to achieve efficient relaxation of
internal motion into the rovibrational ground state.
The poster will introduce the physics behind our experiment and show
the current status of the setup.
[1] R.Dörner et al, Physical Reports 330(2000) 95 192
[2] D.Zajfman et al, Phys.Rev. A Vol 55,No.3,1577(1997)
A 17.29 Do 16:00 Poster
Dielectronic recombination research of He-like heavy ions at
the Heidelberg EBIT — •A. J. González Martínez1 , J.R. Crespo López-Urrutia1 , P. Guo1,2 , V. Mironov1 , U.I. Safronova3 ,
H. Tawara1 , X. Zhang1,2 , and J. Ullrich1 — 1 Max-Planck-Institut
für Kernphysik, Saupfercheckweg, 1 69117 Heidelberg — 2 Applied Ion
Beam Physics Lab., Fudan University, Shanghai 200433 P.R. China —
3
Department of Physics, University of Notre Dame, Notre Dame, IN,
USA.
The electron beam ion trap (EBIT) is a convenient device to study
electronic photorecombination into deep lying shells of highly charged
ions. The dielectronic recombination (DR) process can be investigated
through observing x-ray photons emitted via radiative stabilization of
doubly excited levels. The present experiment with He-like Kr+34 was
performed at the Heidelberg EBIT. The electron energy is ramped over
an energy range from 5 to 14 keV. To determine excitation energies the
resonance peaks have been fitted to multi-gaussian function. DR resonances due to He-like krypton ions are seen at low electron energies.
The resonance excitation energy has been determined with an absolute
accuracy of 220 ppm. To eliminate the energy shift caused by the space
charge of dense electron beam, these peak positions are measured under
different electron beam currents and extrapolated to the zero current.
Also fits of x-ray peaks using different function profiles have been made
to obtain photon energies with accuracy better than 15 eV. DR measurements at higher electron energy and the heavier elements are underway
to investigate QED and nuclear sizes contributions.
A 17.30 Do 16:00 Poster
Loading and cooling a hybrid MOT-Dipole trap. — •I. Mistrik,
A. Tripathi, C. Eisele, M. Moll, R. Bourouis, and H. Helm —
Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, HermannHerder Str. 3, 79104-Freiburg.
We describe an experiment in which Rb-atoms are precooled in a 2-D
MOT at high Rb-pressure and are then transferred into a UHV chamber
where they are first captured in a conventional MOT, compressed at field
G
gradients above 50 cm
and then loaded into a CO2 laser trap. Storage
times of 10 seconds are achieved in a single beam CO2 laser trap. Density
enhancement is observed in a standing wave configuration. The procedure to optimally load the atoms at high density will be discussed as well
as measurements of the temperature and density in the dipole trap. We
also hope to present first results on photoassociation and on collective
behaviour of cold Rydberg-atoms in the dipole trap. Research supported
by SFB 276 TP C16.
Donnerstag
A 17.31 Do 16:00 Poster
Kristalline und flüssige Ionenplasmen in einer linearen Paulfalle — •Tomasz Kwapien1 , Santosh N. Pisharody 1,2 , Marten Piantek1 , Wolfgang Sandner1,3 und Ulrich Eichmann1,4 — 1 Max
Born Institut, Max Born Str. 2a, 12489 Berlin — 2 Permanente Adresse:
University of Charlottesville, Department of Physics, USA — 3 TU Berlin, Optisches Institut, 10623 Berlin — 4 TU Berlin, Institut für Atomare
Physik und Fachdidaktik
Laserkühlung von gespeicherten Ionen ermöglicht die Ausbildung verschiedener Zustände eines Ionenplasmas. In linearen und ringförmigen
Paulfallen wurden neben geordneten Ionenkristallen mit bis zu einigen
tausend Ionen auch flüssige Plasmazustände mit bis zu 104 Ionen beobachtet. Wir berichten über den Aufbau einer linearen Radiofrequenzfalle
zur Speicherung von Ca+ Ionen, die mit Hilfe von Diodenlasern gekühlt
werden. Wir stellen Experimente vor, bei denen wir die Übergange der
zunächst ungekühlten Ionenplasmen in die flüssige und kristalline Phase untersuchen. Besonderes Augenmerk legen wir auf Prozesse, die zur
Bildung von flüssigen Ionenplasmen mit Durchmessern im Millimeterbereich und mit bis zu 104 Ionen führen. Des weiteren diskutieren wir die
Möglichkeit, höher geladene Ionenzustände sympathetisch zu kühlen und
als Target für weitere Untersuchungen zur Verfügung zu stellen.
A 17.32 Do 16:00 Poster
Levinson’s relation for a Bose-Einstein condensate — •Ivo
Häring, Joachim Brand, and Jan-Michael Rost — Max-PlanckInstitute for the Physics ot Complex Systems Dresden
The Hartree-Fock-Bogoliubov equations [1] reduce for a spherically
symmetric potential to two coupled radial equations for the quasi-particle
modes. For a finite potential which allows bound states as well as continuum states [2] we numerically find that the phase shift of the free
quasi-particle mode counts the number of bound states for each angular
momentum.
A contour integration with respect to the momentum of the free quasiparticle mode allows us to connect the phase shift with the number
of bound states similarly as from the Levinson’s theorem in the multichannel scattering problem [3].
[1] A. Griffin Phys. Rev. B 53 9341 (1996), [2] A. Wynveen et al. Phys.
Rev. A 62 023602 (2000), [3] W. Glöckle Z. Physik 190 391 (1966)
A 17.33 Do 16:00 Poster
A Quantum Tweezer for Atoms — •Florian Schreck, Mark
Raizen, Todd Meyrath, Jay Hanssen, and Chih-sung Chuu
— RLM14.220, CNLD, UT Austin, 26th + speedway, Austin,TX
78721,USA
Recently our group proposed a method for extracting a desired number of neutral atoms from a trapped Bose-Einstein condensate (BEC)
[1]. The method consists of moving an attractive quantum dot from the
inside to the outside of a BEC. The quantum dot may be generated by
red-detuned laser light and acts as a quantum tweezer. By moving at
certain speeds, the tweezer can extract a desired number of atoms from
the condensate. This scheme might provide a starting point to study
multiple particle entanglement and interferometry or eventually simple
quantum gate operations with neutral atoms.
We are currently setting up an experimental apparatus which has as
one goal the realization of the quantum tweezer. The number of atoms
extracted will be determined by measuring the discrete level of fluorescence obtained from a magneto-optical trap, to which the atoms are
transferred from the tweezer. The experimental apparatus is very flexible and will permit us a multitude of other experiments, for example the
study quantum chaos in the presence of nonlinearities due to the mean
field.
[1] R. B. Diener et al., Phys. Rev. Lett. 89, 070401 (2002)
A 17.34 Do 16:00 Poster
Ionization and excitation of the hydrogen atom by an electric
field — •Darko Dimitrovski1,2 , Tasko P. Grozdanov3 , Eugene
A. Solovev2 , and John S. Briggs1 — 1 Theoretische Quantendynamik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, D-79104 Freiburg,
Germany — 2 Macedonian Academy of Sciences and Arts, P.O. Box 428,
1000 Skopje, Macedonia — 3 Institute of Physics, P.O. Box 57, 11001
Belgrade, Yugoslavia
We investigate excitation and ionization of a hydrogen atom by an electric pulse of both Gaussian and rectangular shape. The time-dependent
Schrödinger equation is solved numerically using the discrete variable rep-
Atomphysik
Donnerstag
resentation (DVR). In the regime where the pulse duration corresponds
to nearly-adiabatic evolution of the system an estimate of the probability
for inelastic processes based on the advanced adiabatic theory is in good
agreement with numerical results.
A 17.35 Do 16:00 Poster
Bloch oscillations of cold atoms in 1D and 2D optical lattices — •S. Mossmann1 , A. R. Kolovsky2 , and H. J. Korsch1
— 1 Technische Universität Kaiserslautern: FB Physik, D-67653 Kaiserslautern, Germany — 2 Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme, D-01187 Dresden, Germany
The quantum dynamics of cold atoms in optical lattices under a constant force shows a counterintuitive periodic motion, the Bloch oscillation. Here we discuss the properties of this oscillation in detail, in particular the up to now unexplored two-dimensional case. Here the wavepacket
dynamics depends sensitively on the field direction; Lissajous-like motion
can be generated. In addition, a modification of the lattice, where, e.g.,
every second potential well is slightly deepened, leads to a splitting of the
original bands. In particular, a gap is opened in the ground band, which
leads to pronounced Zener tunneling between these bands and changes
the Bloch oscillation into a coherent wavepacket motion on two surfaces.
Such a Bloch-Zener oscillation shows interesting features especially in 2D,
where such potentials can be experimentally realized by optical lattices.
A 17.36 Do 16:00 Poster
Energy sharing and asymmetry parameters for photo double
ionization of Helium 100 eV above threshold in single particle
and Jacobi coordinates — •Alexandra Knapp1 , M. Walter2 ,
Th. Weber1 , A.L. Landers3 , S. Schössler1 , T. Jahnke1 , M.
Schöffler1 , J. Nickles1 , S. Kammer1 , O. Jagutzki1 , L.Ph.H.
Schmidt1 , T. Osipov4 , J. Rösch1,5 , M.H. Prior5 , H. SchmidtBöcking1 , C.L. Cocke4 , J. Feagin6 , and R. Dörner1 — 1 Institut
für Kernphysik, Universität Frankfurt am Main, August-Euler-Strasse
6, D-60486 Frankfurt — 2 Fakultät für Physik, Universtät Freiburg —
3
Department of Physics, Western Michigan Univ., Kalamazoo, MI 49008
— 4 Dept. of Physics, Kansas State Univ, Cardwell Hall, Manhattan
KS 66506 — 5 Lawrence Berkeley National Lab., Berkeley CA 94720 —
6
Department of Physics, California State University-Fullerton, Fullerton,
California 92834
We present a joint experimental and theoretical study of the double
differential cross section of the double ionization of helium by absorption
of one 179 eV linearly polarized photon (100 eV above threshold). We
show the energy sharing and the asymmetry parameters in both single
particle coordinates and in Jacobi coordinates. An asymmetric sharing
of the electron excess energy and a breakup of the electron pair preferentially parallel to the polarization axis is found. This marks a deviation
from the propensity rule favoring perpendicular relative electron motion
which has been observed to hold at energies closer to the double ionization threshold.
A 19 Experimentelle Verfahren und Ion–Festkörperwechselwirkung
A 19.1 Fr 11:00 F128
Energieverteilungsmessungen an der Experimentierstrecke
für Elektronen-Ionen Wechselwirkungen am Speicherring
TSR — •Frank Sprenger, Dmitry A. Orlov, Udo Weigel,
Dirk Schwalm und Andreas Wolf — Max-Planck-Institut für
Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
Wechselwirkungen zwischen Atom- und Molekülionen mit Elektronen
lassen sich hervorragend in Speicherringen untersuchen. In der neuen
hochauflösenden Experimentierstrecke für den Speicherring TSR soll einem kontinuierlich elektronengekühlten Ionenstrahl ein sehr energiescharfer magnetisch geführter Elektronenstrahl (erzeugt mit Glükathoden
und Photokathoden) bei Relativenergien von meV bis zu einigen keV
überlagert werden. Energieverteilungen des Elektronenstrahls aus einer Glükathode, die sich bei einer Kombination von magnetischer Aufweitung und adiabatischer Beschleunigung einstellen, wurden nach einer 90o -Umlenkung des Strahls in einer Toroid-Sektion außerhalb des
Speicherrings mit der Gegenfeldmethode untersucht. Dabei wurde gezeigt, daß die longitudinale Aufheizung durch Coulomb-Stöße innerhalb
des Elektronenstrahls stark unterdrückt werden kann. Die transversalen
Temperaturen im aufgeweiteten Strahl betrugen minimal ≈ 12 meV und
es wurden bisher bei Energien bis zu 2 keV longitudinale Temperaturen
von ≈ 25 µeV bei Dichten bis zu 3 · 10−7 cm−3 erreicht. Folgerungen aus
den Ergebnissen für die Energieauflösung bei Elektronenstoßexperimenten werden diskutiert.
A 19.2 Fr 11:15 F128
Schnelles und präzises Durchstimmen von Diodenlasern — •Th.
Müller-Wirts1 , K.-M. Knaak1 , A. Deninger2 und W. Kaenders2 — 1 TEM Messtechnik GmbH, Großer Hillen 38, 30559 Hannover
— 2 TOPTICA Photonics AG, Fraunhoferstr. 14, 82152 Martinsried
Frequenzstabilisierung und schnelle Durchstimmbarkeit von ExternalCavity-Diodenlasern sind nur schwer vereinbar. Die beschränkenden Faktoren sind Nichtlinearität und Hystere der verwendeten Komponenten
sowie Modeninstabilität des Lasers. Berichtet wird über ein Verfahren
und ein darauf basierendes Instrument ( LaserScope“), das kontrollier”
te, lineare und hysteresefreie Frequenz-Scans mit hoher Geschwindigkeit
ermöglicht. Damit kann ein präzises Schalten zwischen verschiedenen
Frequenzen realisiert werden (wavelength stepping). Zudem wird der
Laserbetrieb unempfindlich gegen mechanische Störungen. Das Instrument kann zur Optimierung modensprungfreier Scans, zur Aufnahme von
Modenkarten und zur Charakterisierung des Lasers dienen. Eine praktische Anwendung ist die genaue Vermessung von hochwertigen Optiken
mit Hilfe der Phasenshift-Interferometrie.
Raum: F128
A 19.3 Fr 11:30 F128
Heavy-Ion Stopping Powers : A Status Report — •A. Fettouhi1,2 ,
H. Geissel1,2 , W. R. Plaß2 , C. Scheidenberger1,2 , and H.
Weick1 — 1 Gesellschaft für Schwerionenforschung, Planckstrasse
1, D-64291 Darmstadt, Germany — 2 II. Physikalisches Institut,
Justus-Liebig-Universität Gießen, Heinrich-Buff-Ring 16, D-35392
Gießen, Germany
Recently substantial progress has been achieved for heavy-ion stopping
powers by both theoretical and experimental work. In this contribution
we will give a status on the present accuracy of heavy-ion stopping powers in a large energy range from MeV/u to the GeV/u, i.e., experimental data obtained at GSI with bare and partially ionized projectiles are
compared with different theories and semiempirical tables. The role of
charge-changing collisions are very important over a wide energy region.
A 19.4 Fr 11:45 F128
Überlebende He+ - Projektile bei streifender Streuung an
Metalloberflächen — •Stephan Wethekam, Axel Mertens und
Helmut Winter — Institut für Physik der Humboldt-Universität zu
Berlin, Physik der Grenzflächen und dünnen Schichten, Invalidenstr.
110, 10115 Berlin
He-Ionen und -Atome werden an sauberen, atomar ebenen Metalloberflächen Ag(111) und Cu(111) streifend gestreut. Die Messung der
Ladungsverteilung spekular gestreuter Projektile als Funktion der Strahlenergie und des Einschusswinkels erlaubt die Bestimmung der Raten für
Auger-Neutralisation (AN) von He-Ionen an Metalloberflächen. Dabei
finden wir für geladene Projektile einen kleinen, aber definierten Anteil
überlebender Ionen. Aus diesem experimentellen Befund leiten wir ANRaten ab, die um zwei bis drei Grössenordnungen von konventionellen,
unter Annahme klassischer Bildladungspotentiale experimentell ermittelten, Raten abweichen. Unsere AN-Raten sind in guter Übereinstimmung
mit neueren theoretischen Berechnungen und können die langjährige Diskrepanz zwischen experimentell abgeleiteten AN-Raten und Modellrechnungen auflösen.
A 19.5 Fr 12:00 F128
Verzerrung von Molekülstrukturen durch TargetpolarisationsEffetkte bei der Coulomb-Explosion in dünnen Folien — •H.
Buhr1 , L. Lammich1 , R. Garcia-Molina2 , I. Abril3 , S. Altevogt1 , H. Kreckel1 , S. Krohn1 , M. Lange1 , D. Schwalm1 , A.
Wolf1 und D. Zajfman4 — 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik,
Heidelberg — 2 Univ. of Murcia, Spain — 3 Univ. of Alacant, Spain —
4
Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel
Atomphysik
Freitag
Bei der Technik des Coulomb Explosion Imaging (CEI) werden Molekülionen mit Geschwindigkeiten von einigen Prozent von c auf sehr
dünne Folien geschossen. Beim Eintreten eines Moleküls in die Folie
werden die Bindungselektronen abgestreift. Danach entfernen sich die
Kerne voneinander aufgrund der Coulomb-Abstoßung und ihre asymptotischen Relativgeschwindigkeiten werden gemessen; aus deren Verteilung für viele korrelierte Einzelereignisse werden Rückschlüsse auf die
Struktur des Moleküls gezogen. — Während der kurzen Aufenthaltszeit
in der Folie kann die Polarisation des durch die Valenzelektronen des
Targets gebildeten Elektronengases als Antwort auf die durchfliegenden
geladenen Molekülfragmente die Molekülstruktur verzerren. Aufgrund
neuer Berechnungen zur dielektrischen Funktion des Targets wurden diese Polarisationsfelder in die Simulation des Coulombexplosionsprozesses
mit eingeschlossen und CEI-Daten für schwingungsrelaxierte HD+ - und
CH+ -Ionen zur gezielten Untersuchung dieser Effekte aufgezeichnet. Die
bei bestimmten Orientierungen der Moleküle relativ zur Folie gefundenen Verzerrungen werden mit den Berechnungen zur Targetpolarisation
verglichen. — Teilw. gefördert durch DAAD, Acciones Integradas.
Die Erzeugung höchster Ionenladungszustände erfolgt neben Beschleunigeranlagen vornehmlich in Elektronenstrahlionenfallen (EBIT),
wobei die den Elektronenstrahl komprimierenden Magnetfelder durch
supraleitende Spulen erzeugt werden. Die Dresden EBIT ist eine
Raumtemperatur-EBIT, welche es ermöglicht, Ionen in hochdichten
Elektronenstrahlen für leichte Elemente (Z < 29) vollständig zu
ionisieren, mittelschwere Elemente heliumähnlich und schwere Elemente
neonähnlich zu strippen.
An Hand von Röntgenspektren wird die Erzeugung solcher Ionen wie
Ar(16−18)+ , Xe44+ und Ce48+ demonstriert und die in der Falle vorhandene
Ionenladungsverteilung bestimmt. Experimente zur Ionenextraktion aus
der EBIT zeigen, dass mindestens 2, 5 · 105 Ar16+ bzw. 2 · 104 Ar18+ Ionen nach einer magnetischen q/A-Analyse pro Impuls detektiert werden
können. Das vielfältige Anwendungspotential der Dresden EBIT wird an
Hand ausgewählter Beispiele verdeutlicht.
A 19.6 Fr 12:15 F128
Dresden EBIT: Eine Raumtemperatur-EBIT für hochgeladene Ionen — •Günter Zschornack1 , Frank Grossmann2 , Ulrich
Kentsch1 , Steffen Landgraf1 , Vladimir P. Ovsyannikov2 , Mike Schmidt1 und Falk Ullmann2 — 1 Technische Universitaet Dresden, Institut fuer Kern- und Teilchenphysik, Mommsenstr. 13, 01062
Dresden — 2 Leybold Vakuum Dresden GmbH, Zur Wetterwarte 50,
01109 Dresden
A 20 Elektronenrekombination
A 20.1 Fr 14:00 F342
Die Elektronenwechselwirkung bei dem dielektronischen Einfang in wasserstoff-ähnliche schwere Ionen — •Zoltán Harman,
Norbert Grün und Werner Scheid — Institut für Theoretische
Physik, Justus-Liebig-Universität Giessen, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392
Wir untersuchen die Elektronenwechselwirkung bei dem resonanten
Einfang von Elektronen in schwere Ionen. Die vom Austausch eines
transversalen Photons stammende generalisierte Breitwechselwirkung beschreibt Retardierungseffekte und die magnetische Wechselwirkung zweier Dirac-Ströme. Sie liefert bei relativistischen Energien, besonders im
Bereich der KLL-Resonanzen von sehr schweren Ionen, einen größeren
Beitrag zu den Übergangsraten. Als weiteren Beitrag untersuchen wir
die Wahrscheinlichkeit des Elektroneneinfangs unter dem Einfluß des
Zweiphotonen-Austauschs.
A 20.2 Fr 14:15 F342
Radiative recombination of few–electron highly–charged ions
— •Andrey Surzhykov1 , Stephan Fritzsche1 , and Thomas
Stöhlker2 — 1 Universität Kassel, D–34132 Kassel, Germany —
2
Gesellschaft für Schwerionenforschung, D–64291 Darmstadt, Germany
Relativistic collisions of highly–charged ions with low–Z target atoms
have been studied intensively at the GSI storage ring in Darmstadt during recent years. One of the most basic processes in such collisions is
the radiative recombination of an electron into a bound state of projectile, accompanied by a simultaneous photon emission. So far, however,
most of the experimental studies concerned the electron capture into –
initially – bare ions. For this capture, the total and differential cross sections have been measured by Stöhlker et al [1] and were found to be in
good agreement with theoretical predictions, based on the Dirac’s theory
[2].
While the radiative recombination of bare ions appears now to be well
understood, both by experiment and theory, the electron capture into
initially few–electron system is more complicated to describe due to the
interelectronic effects. In order to study these effects, experiments on the
radiative recombination of the initially hydrogen–like ions are planned at
the GSI storage ring for the next years. In this contribution, we present
the theoretical description of such capture process within the framework
the Multi-configuration Dirac–Fock method. Calculations have been carried out for the total and angle–differential cross sections of the radiative
recombination into hydrogen–like uranium for a wide range of energies.
[1] Th. Stöhlker, Physica Scripta, T80 (1999) 165.
[2] A. Ichihara, T. Shirai and J. Eichler, Phys. Rev. A49 (1994) 1875.
Raum: F342
A 20.3 Fr 14:30 F342
Dielektronische Rekombination mit dem negativen Kontinuum
— •Thomas Beier1 , Anton N. Artemyev1,2,3 , Jörg Eichler2 ,
Alexei E. Klasnikov2,3 , Christopher Kozhuharov2 , Vladimir
M. Shabaev1,3 und Vladimir A. Yerokhin3 — 1 GSI, Atomphysik,
Planckstr. 1, 64291 Darmstadt — 2 HMI, Bereich Theoretische Physik,
Glienicker Str. 100, 14109 Berlin — 3 St. Petersburg State University,
Dept. of Physics, Oulianovskaya 1, Petrodvorets, 198 504 St. Petersburg,
Russia
Wir betrachten die Rekombination eines Elektrons mit einem nackten Projektilkern und der Erzeugung eines Paares bestehend aus freiem
Positron und gebundenem Elektron. Dies ist möglich ab einer Energie
i ≥ 21s + me c2 , und der Prozeß kann als Anheben eines Elektrons
aus dem “Dirac-See” in den 1s-Zustand betrachtet werden, wobei das
zurückbleibende Loch das erzeugte Positron darstellt. Diesen Vorgang
nennen wir “Negative-Continuum Dielectronic Recombination”. Vollrelativistische Rechnungen für 82+ Pb und 92+ U werden präsentiert. Der
maximale Wirkungsquerschnitt liegt in der Größenordung 10−5 b bei
einer Elektronenenergie von etwa 1200 keV, was im Ruhesystem eines
Gasjet-Targets etwa 2200 MeV/u Projektilenergie entspricht.
Wir danken der DFG (436 RUS 113/616), der RFBR (01-02-04011),
dem Russischen Bildungsministerium (PD02-1.2-79) und dem LeonhardEuler-Programm des DAAD für finanzielle Unterstützung.
A 20.4 Fr 14:45 F342
Präzisionspektroskopie doppelt angeregter Zustände in berylliumartigem Na7+ mit Hilfe der dielektronischen Rekombination
— •S. Kieslich1 , S. Böhm1 , S. Schippers1 , W. Shi1 , A. Müller1 ,
G. Gwinner2 , M. Schnell2 , E. Lindroth3 und D. Nicolic3 —
1
Institut für Kernphysik, Justus-Liebig Universität Giessen — 2 MaxPlanck-Institut für Kernphysik Heidelberg — 3 Department of Physics,
Stockholm University
Absolute Ratenkoeffizienten für die Rekombination lithiumähnlicher
Na8+ Ionen mit freien Elektronen wurden am Heidelberger Speicherring
TSR gemessen. Dabei konnten durch dielektronischen Einfang resonant
bevölkerte doppelt angeregte Zustände mit hoher Präzision spektroskopiert werden. Dies gilt insbesondere für die Na7+ (1s2 2pj 7lj 0 ) Mannigfaltigkeit von Resonanzen, die bei Elektron-Ion-Relativenergien unterhalb
von 0.5 eV angeregt wurden. In diesem Energiebereich ist aufgrund der
Kinematik der im Experiment parallel geführten Elektronen- und Ionenstrahlen die experimentelle Auflösung am höchsten. Mit den gewonnenen
Atomphysik
Freitag
Ergebnissen lassen sich aktuelle theoretische Rechnungen basierend auf
der ”relativistic many-body perturbation theory”(RMBPT)[1] testen. Es
zeigt sich, dass für eine genaue Übereinstimmung mit den experimentellen Daten der vergleichsweise einfachen berylliumartigen Systeme bereits
Viel-Teilchen Effekte, relativistische Effekte und auch Beiträge der QED
berücksichtigt werden müssen.
[1] M. Tokman et al., Phys. Rev. A. 66, 012703 (2002).
A 20.5 Fr 15:00 F342
Winkelabhängigkeit der Röntgen-Strahlung beim KLL-RTEProzeß (Resonant Transfer and Excitation) an U91+ -Ionen —
•Stephan Zakowicz, Zoltán Harman, Werner Scheid und Norbert Grün — Institut für Theoretische Physik der Justus-LiebigUniversität Giessen, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen, Germany
Wir stellen eine relativistische Behandlung des RTE-Prozesses (Resonant Transfer and Excitation) mit der Emission von zwei Photonen vor.
Unter RTE versteht man den strahlungslosen, resonanten Einfang eines leicht gebundenen Elektrons in ein hochgeladenes schweres Ion, dem
eine Stabilisierung durch Emission von Photonen folgt. Im Falle der
KLL-RTE in ein wasserstoffähnliches System entsteht charakteristische
Hypersatelliten- und Satelliten-Strahlung, die durch die Emission des ersten und zweiten Photons hervorgerufen wird. Der RTE-Prozeß ist eng
mit der dielektronischen Rekombination (DR) verwandt, bei der ein freies Elektron eingefangen wird. Ausgehend von einer Theorie der DR mit
Zwei-Photonen-Emission berechnen wir den winkeldifferentiellen und den
totalen Querschnitt für RTE durch Faltung der DR-Querschnitte mit dem
Compton-Profil des Targets. Aus diesen Daten werden Verhältnisse zwischen den Intensitäten der verschiedenen Strahlungen in Abhängigkeit
vom Winkel bestimmt. Die Rechnungen werden mit den Ergebnissen
eines Experimentes bei der GSI verglichen, in dem Ma et al. den KLLRTE-Einfang eines Elektrons von einem Wasserstoffmolekül-Gastarget in
U91+ -Ionen beobachteten.
A 20.6 Fr 15:15 F342
Trielektronische Rekombination in berylliumähnlichen Ionen —
•M. Schnell1 , S. Boehm2 , C. Brandau2 , G. Gwinner1 , S. Kieslich2 , A. Müller2 , S. Schippers2 , D. Schwalm1 , W. Shi2 , A.
Wolf1 und S.-G. Zhou1 — 1 Max–Planck–Institut für Kernphysik, Heidelberg — 2 Institut für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität, Gießen
Dielektronische Rekombination (DR) von freien Elektronen an berylliumähnlichen F5+ , Cl13+ , Fe22+ und Cu25+ Ionen wurden am Heidelberger
Speicherring TSR gemessen. In den gemessen Spektren tauchen neben
den dominanten ∆N=0 DR-Resonanzen auch solche auf, die dem Elektroneneinfang in dreifach angeregte Zustände zuzuordnen sind. Dabei
werden die zwei 2s2 Elektronen des Targetions simultan in die 2p2 Konfiguration angeregt. Man spricht daher von trielektronischer Rekombination (TR). TR-Resonanzen sind analog zur DR nur beobachtbar, falls
die dreifach angeregten Zwischenzustände radiativ stabilisieren. Bei hinreichend hohen Energien öffnen sich zusätzliche Autoionisationskanäle in
angeregte Endzustände, die die TR-Rate stark absenken. Dementsprechend weisen TR-Resonanzen innerhalb einer Rydbergserie im Gegensatz
zur DR ein sehr unstetiges Verhalten bezüglich ihrer Energieabhängigkeit auf. Theoretische Modellspektren, welche mit dem AUTOSTRUCTURE Programmpaket erstellt wurden, erlauben die Berechnung von
TR-Ratenkoeffizienten unter Einbeziehung von Konfigurationsmischung.
Die experimentellen Beobachtungen werden größtenteils bestätigt. Die
Theorie ermöglicht weitere Aussagen in Bezug auf Auswahlregen für die
Autionisation der TR-Zwischenzustände.
A 20.7 Fr 15:30 F342
Präzisionsspektroskopie an berylliumartigen Xe50+ Ionen — •S.
Böhm1 , C. Brandau1 , C. Kozhuharov2 , A. Müller1 , S. Schippers1 , W. Shi1 , P. Beller2 , F. Bosch2 , J. Jacobi1 , S. Kieslich1 ,
H. Knopp1 , P. Mokler2 , F. Nolden2 und M. Steck2 — 1 Institut
für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität Gießen — 2 GSI, Darmstadt
Hochangeregte autoionisierende Rydbergzustände, wie sie bei der
dielektronischen Rekombination (DR) auftreten, eignen sich für
Präzisionsspektroskopie, insbesondere von sehr schweren hochgeladenen Ionen.
Aufgrund des großen Überlapps der elektronischen
Wellenfunktion mit dem Atomkern ist man dabei, u. a. sensitiv auf
QED-Beiträge zur Bindungsenergie und auf den Ladungsradius des
Atomkerns [1]. Daher stellen Messungen der Isotopieverschiebung
mit Hilfe der DR von schweren Wenig-Elektronen-Systemen eine
neuartige und vielseitige Alternative zu den Laserspektroskopischen
Untersuchungen an niedriggeladenen bzw. atomaren Isotopen dar. Im
Rahmen unseres aktuellen Forschungsprojektes wurden erste Messungen
zur DR mit Be-ähnlichem 136 Xe50+ am Speicherring ESR der GSI
durchgeführt. Die experimentelle Auflösung und Präzision von DR
Messungen an Speicherringen sind bei niedrigen Relativenergien am
größten. Vor diesem Hintergrund ist Xe50+ ein äußerst interessanter
Kandidat für Messungen zur Isotopieverschiebung, da DR Resonanzen
der 1s2 2s2p(1 P1 ) 8lj -Konfiguration bei Resonanzenergien unterhalb von
1 eV auftreten. Darüberhinaus besitzt Xenon eine lange Reihe stabiler
Isotope.
[1] C. Brandau, Dissertation,
http://bibd.uni-giessen.de/ghtm/2001/uni/d010008.htm
A 20.8 Fr 15:45 F342
Revision of the model of the hyperfine interactions in the
atom. — •Jerzy Dembczynski, Magdalena Elantkowska, Jaroslaw Ruczkowski und Ewa Stachowska — Katedra Fizyki Atomowej,Politechnika Poznanska,Nieszawska13,PL-60-965 Poznan,Poland
The subject matter of this work is driven by the observed significant
discrepancies between the results of the experiment and the results of
calculations obtained within the commonly accepted theoretical models
of hyperfine interactions. Consequently, this work concerns the development of hyperfine structure model that will enable for a full separation of contributions from one-body interactions (I approximation of
perturbation theory) as well as from two-body interactions (II approximation of perturbation theory) to the observed splittings of hyperfine
electron levels that belong to the systems developed by the configurations with a number of open shells. The proposed theory of parametrization of two-body interactions in hyperfine structure constitutes
a generalisation of our hitherto works [1] and will allow for analysing
each configuration system, really existent in the atom nlN −1 (n’l’+ n”1”
+ n”’l”’)3 . An enhanced model of the description of hyperfine interactions will be applied to interpret the experimental results for selected atoms. [1]J.Dembczyski,W.Ertmer,U.Johann and P.Unkel,Z.Phys.
A 321,1-13(1985)
A 21 Ultraschnelle Phänomene + Spektroskopie 2
A 21.1 Fr 14:00 F128
Beobachtung des Kr MNN Auger-Zerfalls mit zeitaufgelöster
Elektronenspektroskopie — •Markus Drescher1 , Michael
Hentschel2 , Reinhard Kienberger2 , Matthias Uiberacker2 ,
Vlad Yakovlev2 , Armin Scrinzi2 , Thomas Westeralbesloh1 ,
Ulf Kleineberg1 , Ulrich Heinzmann1 und Ferenc Krausz2
— 1 Universität Bielefeld, Fakultät für Physik, Universitätsstr. 25,
33615 Bielefeld — 2 Institut für Photonik, Technische Universität Wien,
Gusshausstr. 27, 1040 Wien
Die endliche Lebensdauer von Lochzuständen in der M-Elektronenschale von Atomen ist überwiegend durch den Auger-Zerfall bestimmt.
Im Energiebereich liefert die natürliche Energiebreite der Augerelektronen ein Maß für die Zerfallsrate. Wir demonstrieren erstmals eine direkte Vermessung der exponentiellen Zerfallskurve im Zeitbereich mit einer
Raum: F128
neuen EUV-pump / Laser-probe Technik [1]. Dazu werden EUV Pulse
bei 97 eV Photonenenergie mit 900 Attosekunden Dauer als Hohe Harmonische von 7 fs Laserpulsen (1,6 eV) generiert, mit Hilfe von Mo/Si
Multilayerspiegeln spektral gefiltert und sowohl räumlich als auch zeitlich
mit dem Laserfeld in gasförmigem Krypton überlagert. Energieaustausch
zwischen dem Laserfeld und dem Auger-Elektronenwellenpaket führt zur
Ausbildung von Seitenbändern, deren Variation als Funktion der pumpprobe Verzögerung die Dynamik des Auger-Zerfalls abbildet. Für Kr 3d
Lochzustände finden wir eine Zerfallskonstante von 7,9 +1,0/-0,9 fs. [1]
M. Drescher et al., Nature 419, 803 (2002)
Atomphysik
A 21.2 Fr 14:15 F128
Control of Interferences: Symmetry of Control Parameters —
•Matthias Wollenhaupt, Andreas Assion, Oksana Bazhan,
Christian Horn, Dirk Liese, Christian Sarpe-Tudoran, Marc
Winter, and Thomas Baumert — Universität Kassel, Fachbereich
Physik, Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132 Kassel
Coherent control beyond population control and spectral interferences
is demonstrated on the interferences and intensity of the two AutlerTownes (AT) components in the photoelectron spectrum of K atoms
using a sequence of two intense time delayed femtosecond laser pulses.
Photoelectron spectra were taken at various delay times between the two
laser pulses and at different laser intensities at a fixed delay time. With
respect to the interferences in the AT doublet the role of time delay and
the laser intensity is interchangeable for (n+0.5)π excitation. Strong laser
fields or the optical phase of the delayed laser pulse allow the quantum
mechanical phase of an atomic state to be manipulated in a symmetrical
fashion. The observations are discussed in terms of a two level model
coupled to the continuum. For suitable combinations of the laser intensity of the first pulse and the time delay, the second laser pulse leaves
the excited state population unchanged.
A 21.3 Fr 14:30 F128
Control of Interference in an Autler-Townes Doublet with
Phase Modulated Intense Ultrashort Laser Pulses — •Andreas
Präkelt, Matthias Wollenhaupt, Andreas Assion, Oksana
Bazhan, Christian Horn, Dirk Liese, Christian SarpeTudoran, and Thomas Baumert — Universität Kassel, Fachbereich
In a recent experiment strong field control of the intensity and interference of the Autler-Townes (AT) components in the photoelectron
spectrum of K atoms was demonstrated employing a sequence of two
intense ultrashort laser pulses. In this contribution we investigate how
and to which extend the AT components can be controlled by a single
Freitag
phase modulated intense ultrashort laser pulse. Laser pulses which optimize the high (low) energy AT components are analyzed to allow an
analysis of the underlying dynamics in terms of a two level model. This
system may serve as a prototype for a detailed understanding of strong
field control dynamics in atomic and molecular systems.
A 21.4 Fr 14:45 F128
Reduction of phase-shifts in a neutral atom frequency standard
approaching 10−15 uncertainty — •Guido Wilpers, E. Anne Curtis, Christopher W. Oates, and Leo Hollberg — National Institute of Standards and Technology, 325 Broadway, Boulder, Co. 80305,
USA
Optical frequency standards utilizing laser-cooled atoms or ions have
already reached a level of stability superior to Cs atomic clocks running
at microwave frequency. However, the inaccuracy is still an order of
magnitude worse than the 1 × 10−15 level reached in state of the art Cs
fountains. For the use of neutral atoms there are two critical issues: 1)
frequency shifts resulting from a residual Doppler-effect in non-optimal
wavefronts of the pulsed laser beams that are used for atom interferometry in the time domain, 2) phase-chirps of the pulsed laser beams. At
present these shifts dominate the total relative uncertainty of 5.6 × 10−14
achieved in the calcium frequency standard we operate at NIST. Here we
utilize Doppler-cooled atoms with an rms-velocity of 0.7 m/s.
Applying a new second stage cooling method we achieve rms-velocities
of less than 5 cm/s, thereby reducing the Doppler-shift by about a factor
of 10. Moreover, we can launch the Doppler-cooled ensembles at velocities of up to 3 m/s without increasing the rms-velocity. Therefore, we
can measure the dependence of the shifts in different types of atom interferometers as a function of atom velocity or time separation of the pulses.
This will allow us to distinguish between the different contributions to
the Doppler effect as well as the phase chirp and should enable us to
reduce these contributions to the uncertainty to below 10−15 .
Gravitation und Relativitätstheorie
Tagesübersichten
GRAVITATION UND RELATIVITÄTSTHEORIE (GR)
Prof. Dr. Claus Kiefer
Institut für Theoretische Physik
Universität zu Köln
Zülpicher Straße 77
50937 Köln
(Hörsaal A310)
Hauptvorträge
GR I
GR II
Mo
Mo
GR III
Mo
GR
GR
GR
GR
Di
Di
Do
Do
IV
V
VI
VII
GR VIII
Do
GR IX
GR X
Fr
Fr
GR XI
Fr
11:00 (A310) A discrete history of the Lorentzian path integral, Renate Loll
11:45 (A310) The UV fixed point of Quantum Einstein Gravity and its cosmological
consequences, Martin Reuter
16:30 (A310) Relativistischer Augenschein – lichtschnell durch Stonehenge,
Norbert Dragon
11:00 (A310) Topological twists in quantum black holes, Jorma Louko
11:45 (A310) The planar wave string/Super Yang-Mills duality, Jan Plefka
11:00 (A310) Theorie der Gravitationswellen, Jürgen Ehlers
14:00 (A310) Gravitational waves from neutron stars with large toroidal B-fields,
Curt Cutler
15:00 (A310) GEO 600 and its implications for the next generations of gravitationalwave detectors, James Hough
11:00 (A310) Last orbits of binary neutron stars and binary black holes, Eric Gourgoulhon
11:45 (A310) Quantum Gravity: A Simple Toy Model, Hans-Jürgen Matschull, Jorma Louko
12:30 (A310) A new test of relativistic time dilation with laser spectroscopy of fast ions
in a storage ring, G. Gwinner, G. Saathoff, S. Karpuk, U. Eisenbarth, G. Huber,
S. Krohn, R. Muñoz-Horta, S. Reinhardt, D. Schwalm, M. Weidemüller, A. Wolf
Es sei noch auf den Plenarvortrag des Fachverbandes am Montag, 9:00 hingewiesen (K. Danzmann, GravitationswellenAstronomie) sowie auf den gemeinsam mit dem Fachverband MP veranstalteten Plenarvortrag am Montag, 9:45 (D. Giulini, Quantengravitation und Topologie).
Fachsitzungen
GR
GR
GR
GR
GR
GR
GR
1
2
3
4
5
6
7
Experimentelle Tests
Schwarze Löcher
Alternative klassische Gravitationstheorien
Klassische Allgemeine Relativitätstheorie
Grundlegende Probleme und alternative Ansätze
Gravitationswellen, experimentelle Tests
Numerik
Mo
Mo
Mo
Di
Di
Fr
Fr
14:00–16:00
17:30–18:10
18:10–18:50
14:00–16:00
16:30–18:50
14:20–15:20
15:20–16:20
A310
A310
A310
A310
A310
A310
A310
GR
GR
GR
GR
GR
GR
GR
1.1–1.6
2.1–2.2
3.1–3.2
4.1–4.6
5.1–5.7
6.1–6.3
7.1–7.3
Mitgliederversammlung des Fachverbands Gravitation und Relativitätstheorie
Do 16:30–18:00
A310
Eröffnung und Festsetzung der endgültigen Tagesordnung
Verlesen und Genehmigung des Protokolls der letzten Mitgliederversammlung
Bericht über vergangene Aktivitäten
Bericht über geplante Aktivitäten
Büchertisch
Verschiedenes
Gäste sind willkommen
Tagesübersichten
Hauptvorträge
Hauptvorträge
Hauptvortrag
GR I Mo 11:00 A310
A discrete history of the Lorentzian path integral — •Renate
Loll — Institute for Theoretical Physics, Utrecht University, Leuvenlaan 4, NL-3584 CE Utrecht
I will describe briefly the motivation behind a recent formulation of
a non-perturbative gravitational path integral for Lorentzian (instead
of the usual Euclidean) space-times, as well as its main features. At the
regularized, discrete level this approach solves the problems of both defining a Wick rotation and a coordinate-invariant cutoff. Although little is
known as yet about the existence and nature of a potential continuum
theory in four dimensions, there are already a number of beautiful results
in d=2 and d=3 where continuum limits have been found. They include
an explicit example of the inequivalence of the Euclidean and Lorentzian
path integrals, a non-perturbative mechanism for the cancellation of the
conformal factor, and the discovery that causality can act as an effective
regulator of quantum geometry. I will summarize the status quo of these
”Lorentzian dynamical triangulations”.
Hauptvortrag
GR II Mo 11:45 A310
The UV fixed point of Quantum Einstein Gravity and its cosmological consequences — •Martin Reuter — Institut für Physik,
Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55099 Mainz
Recent work on the Wilsonian renormalization group flow of Quantum Einstein Gravity (QEG) has shown that QEG is likely to be renormalizable at the nonperturbative level, thus providing a microscopic
quantum theory of gravity which is consistent even at distances much
smaller than then the Planck length. In this talk we discuss how the
specific short-distance behavior of QEG manifests itself in the cosmology of the very early universe. A “renormalization group improvement”
of the Friedmann-Robertson-Walker cosmologies suggests that quantum
gravity effects in the early universe could solve the horizon and the flatness problem of standard cosmology without the need for an inflationary
epoch.
Hauptvortrag
GR III Mo 16:30 A310
Relativistischer Augenschein – lichtschnell durch Stonehenge
— •Norbert Dragon — Institut für Theoretische Physik Universität
Hannover Appelstraße 2 30167 Hannover
Relativistische Effekte werden als geometrische Eigenschaften von
Dreiecken hergeleitet. Damit wird geklärt und in einer Simulation vorgeführt, was ein schnell bewegter Beobachter sieht.
Hauptvortrag
GR IV Di 11:00 A310
Topological twists in quantum black holes — •Jorma Louko —
School of Mathematical Sciences, University of Nottingham, Nottingham
NG7 2RD, United Kingdom
An astrophysical black hole created by a collapsing star has an event
horizon with topology S 2 and contains no white hole region. By contrast,
black-and-white hole solutions to Einstein’s equations and their generalisations may have horizon topology different from S 2 , and an exterior
region may also have inequivalent maximal analytic extensions. I discuss how these topological issues affect the thermodynamics of eternal
black holes. The topological freedom can in particular be used to probe
M-theoretic duality conjectures.
Hauptvortrag
GR V Di 11:45 A310
The planar wave string/Super Yang-Mills duality — •Jan Plefka — Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Am Mühlenberg 1,
14476 Golm
Recently it was noticed by Berenstein, Maldacena and Nastase that
type IIB string theory in a planar wave background has a dual description in terms of a certain novel limit of maximally supersymmetric U(N)
gauge theory. Excitingly this duality operates on the perturbative level
on both the string and Yang-Mills side and allows to directly relate states
in the string Hilbert space to adequately defined operators in the Super
Yang-Mills theory. The string spectrum is recovered from the scaling dimensions of these operators. String interactions correspond to the nonplanar sector of the gauge theoretic perturbation expansion, much in the
way envisaged by ’t Hooft in 1974. However, the necessary large N limit
of the gauge theory is not the standard ’t Hooftian limit, but rather a
novel double scaling limit for which diagrams of all genera survive.
Hauptvortrag
GR VI Do 11:00 A310
Theorie der Gravitationswellen — •Jürgen Ehlers — MaxPlanck-Institut für Gravitationsphysik, Am Mühlenberg 1, 14476
Golm
Die Gravitationswellendetektoren TAMA, LIGO und GEO haben mit
der Datenaufnahme begonnen. Aus diesem Anlaß sollen die Grundaussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie über Gravitationswellen – Erzeugung, Ausbreitung, Wechselwirkung mit Materie – der historischen
Entwicklung folgend dargestellt werden, wobei auch auf offene Probleme
hingewiesen wird.
Hauptvortrag
GR VII Do 14:00 A310
Gravitational waves from neutron stars with large toroidal
B-fields — •Curt Cutler — Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Am Mühlenberg 1, 14476 Golm
We show that neutron stars (NS’s) with large toroidal B-fields tend
naturally to evolve into potent gravitational-wave (gw) emitters. The
toroidal field Bt tends to distort the NS into a prolate shape, and this
magnetic distortion can easily dominate over the oblateness “frozen into”
the NS crust. A NS with frozen-in B-field of this magnitude is secularly
unstable: the wobble angle between the NS’s angular momentum and
the star’s magnetic axis will grow on a dissipation timescale until they
are orthogonal. This final orientation is clearly the optimal one for gw
emission. We show that for LMXB’s with Bt of order 1013 G, the spindown from gw’s is sufficient to balance the accretion torque–supporting a
suggestion by Bildsten. The spindown rates of most millisecond pulsars
can also be attributed to gw emission sourced by toroidal B-fields, and
both these sources could be observed by LIGO II.
Hauptvortrag
GR VIII Do 15:00 A310
GEO 600 and its implications for the next generations of
gravitational-wave detectors — •James Hough — Institute for
Gravitational Research, Department of Physics and Astronomy, University of Glasgow
With the commissioning of the current generation of gravitational-wave
detectors, plans are already being made to export the advanced technology of the German/UK GEO 600 gravitational-wave detector to be the
basis of three Advanced LIGO detectors in the USA. Meanwhile experiments towards the next stage in the evolution of GEO are being started.
In this talk the present and future suspension and optical technologies of
GEO will be discussed in terms of their potential for the detection and
study of gravitational radiation by detectors of longer arm-length.
Hauptvortrag
GR IX Fr 11:00 A310
Last orbits of binary neutron stars and binary black holes —
•Eric Gourgoulhon — Laboratoire de l’Univers et de ses Théories
(LUTH), Observatoire de Paris, F-92195 Meudon
I will present numerical results of computations of quasi-equilibrium
configurations of close binary systems within general relativity, under an
approximation which amounts to solve five of the ten Einstein equations.
These configurations represent the last stages of the evolution of a binary system driven by the reaction to gravitational radiation, prior to
the final merger. They constitute promising sources for the gravitational
wave detectors LIGO, GEO600 and VIRGO currently coming on line.
Hauptvortrag
GR X Fr 11:45 A310
Quantum Gravity: A Simple Toy Model — •Hans-Jürgen
Matschull1 and Jorma Louko2 — 1 Institut für Physik, Universität
Mainz — 2 School of Mathematical Sciences, University of Nottingham
The purpose of a toy model, that is, a simplified version of a physical
theory is to provide some insight into the main ideas and the principle phenomena explained by the theory, without going into too many
technical details.
As a toy model for quantum gravity we have studied the Kepler system,
consisting of two pointlike particles interacting with the gravitational
field, in a three dimensional spacetime. The model can be quantized
consistently using standard techniques. Apart from the basic principles
of general relativity and quantum theory, no additional assumptions enter
this model.
Some physically interesting effects can be derived, which are usually
expected to show up in a full theory of quantum gravity in four spacetime dimensions in a very similar form. For example, one finds a kind
of foamy structure of spacetime at small length scales, in the sense that
the particles cannot be localized at a point. There is also a quantization
of geometry, in the sense that the parameters defining the large scale
geometry of spacetime have a discrete spectrum.
Hauptvortrag
GR XI Fr 12:30 A310
A new test of relativistic time dilation with laser spectroscopy
of fast ions in a storage ring — •G. Gwinner1 , G. Saathoff1 ,
S. Karpuk2 , U. Eisenbarth1 , G. Huber2 , S. Krohn1 , R. MuñozHorta1 , S. Reinhardt1 , D. Schwalm1 , M. Weidemüller1 , and A.
Wolf1 — 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg, Germany — 2 Institut für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz, Germany
Hauptvorträge
The last few years have seen renewed interest in experimental tests of
special relativity (SR). We report on a new, improved test of time dilation via the relativistic Doppler-effect. An optical transition with restfrequency ν in 7 Li+ ions, stored at a speed of β = 0.065 in the TSR heavyion storage ring in Heidelberg, was used. The Doppler-shifted excitation
frequencies νp and νa for laser beams travelling parallel and antiparallel
with respect to the ions were measured simultaneously using saturation
spectroscopy. The resonance conditions ν =√γ(1−β)νp and ν = γ(1+β)νa
yield the simple relation νp νa = ν 2 , if γ = 1 − β 2 , as predicted by SR.
Deviations e.g. caused by the existence of preferred frames are described
by test-theories (e.g. Mansouri and Sexl, Gen.Rel. & Gravit. 8, (1977)
497), and can be parametrized by γ = γSR (1 + αβ 2 + ...). By measuring
νp and νa close to the 10−10 level, we have determined a new limit of
α < 1.8 × 10−7 . The storage ring experiments now exceed other types of
tests by almost an order of magnitude. Presently, the result is limited by
the knowledge of ν, and not by the accuracy of our measurement. A new
experiment at the TSR at β = 0.025 will serve as a new rest-frequency
measurement and will improve the limit on α further.
Montag
Fachsitzungen
– Fach- und Kurzvorträge –
GR 1 Experimentelle Tests
Fachvortrag
GR 1.1 Mo 14:00 A310
Ultra stable optical resonators: Development of a novel cryogenic system — •Piergiorgio Antonini, Maxim Okhapkin, and
Stephan Schiller — Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf,
Universitätstrasse 1.25.42, 40225 Düsseldorf, Germany
Cryogenic Optical Resonators (COREs) have already proved to be an
efficient tool for tests of the Theory of Special Relativity. We are currently setting up a new cryogenic system. It employs a mechanical cooler
of the pulse-tube type, that can be easily operated continuosly over extended periods of time with low operating costs. A description of the
experimental set up, as well as the preliminary results will be presented.
Fachvortrag
GR 1.2 Mo 14:20 A310
Ein neues Michelson-Morley-Experiment mit kryogenen optischen Resonatoren — •Sven Herrmann1 , Holger Müller1 ,
Claus Braxmaier2 , Stephan Schiller3 und Achim Peters1 —
1
Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Hausvogteiplatz 57, 10117 Berlin — 2 Astrium GmbH, 88039 Friedrichshafen — 3 Institut
für Experimentalphysik, Universität Düsseldorf, 40225 Düsseldorf
Wir stellen ein neues Michelson-Morley (MM)-Experiment mit 3-fach
gesteigerter Genauigkeit im Vergleich zum bisher genauesten MM-Test
vor. Dabei wurden über ein Jahr hinweg die Frequenzen zweier Nd:YAGLaser verglichen, welche auf gekreuzte kryogene optische Resonatoren
(COREs) stabilisiert waren. Die hohe Langzeitstabilität dieser Resonatoren erlaubte es, allein mit der Erddrehung auszukommen. Im Rahmen der
Mansouri-Sexl-Testtheorie ergibt eine Analyse von 191 Messungen eine
Bestimmung des Anisotropie-Parameters B mit etwa dreimal kleinerem
Fehler als bislang: |B| = (1, 7 ± 1, 1) 10−9 . Darüber hinaus bestimmen
wir aus unseren Daten erstmals explizit 7 Parameter einer Erweiterung
des Standardmodells (von V. A. Kostelecky et al.) mit einer Genauigkeit von bis zu 10−15 . Diese Theorie ist als Niedrigenergielimes einer
fundamentaleren Theorie, wie z.B. der String-Theorie konstruiert.
Fachvortrag
GR 1.3 Mo 14:40 A310
OPTIS – Eine Satellitenmission für genauere Tests der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie — •S. Schiller1 , P.
Antonini1 , M. Beck2 , H. Dittus3 , S. Eggert2 , S. Herrmann2 ,
C. Lämmerzahl1 , H. Müller2 , A. Peters2 und S. Theil3 — 1 Inst.
f. Experimentalphysik, Heinrich–Heine–Univ. Düsseldorf — 2 Institut f.
Physik, Humboldt–Univ. Berlin — 3 ZARM, Univ. Bremen
Unter Ausnutzung der Bedingungen der Schwerelosigkeit können die
derzeit genauesten Experimente zu den Grundlagen der Speziellen und
Allgemeinen Relativitätstheorie noch um bis zu 3 Größenordnungen verbessert werden. Dabei handelt es sich um die Isotropie der Lichtausbreitung, die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, sowie um die Universalität
der gravitativen Rotverschiebung. Dabei sollen neueste Techniken wie
monolithische optische Resonatoren, Atomuhren und Frequenzkämme
zur Anwendung kommen. Mit einer minimalen Aufstockung der experimentellen Nutzlast kann auch der Lense–Thirring–Effekt sowie die absolute gravitative Rotverschiebung mit erheblich höherer Genauigkeit als
bisher ausgemessen werden. In diesem Vortrag wird ein Zwischenbericht
über die neueren Studien zu diesem Projekt gegeben.
Wir danken dem Deutschen Zentrum Für Luft– und Raumfahrt (DLR)
für finanzielle Unterstützung.
Fachvortrag
GR 1.4 Mo 15:00 A310
Elektromagnetische Resonatoren als Sonden für mögliche
Verletzungen der Lorentzinvarianz — •Holger Müller1 , Sven
Herrmann1 , Claus Braxmaier2 , Achim Peters1 und Claus
Lämmerzahl3 — 1 Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für
Physik, Hausvogteiplatz 5-7, 10117 Berlin — 2 Astrium GmbH, 88039
Friedrichshafen — 3 Heinrich-Heine Universität Düsseldorf, Institut für
Experimentalphysik, 40225 Düsseldorf
Raum: A310
Im Modell einer die Lorentz-Invarianz verletzenden Erweiterung des
Standardmodells ergeben sich modifizierte Maxwellgleichungen, die zu
einer modifizierten Lichtausbreitung führen. Diese kann über die Resonanzfrequenz von elektromagnetischen Resonatoren hochgenau vermessen werden. Allerdings wird diese Frequenz auch durch eine materialabhängige Resonatorlängenänderung auf Grund des aus denselben Maxwellgleichungen folgenden Coulombpotentials beeinflußt. Wir berechnen
die Resonanzfrequenz auf Grundlage beider Effekte. Die neuen Effekte sind für derzeit verwendete Resonatormaterialien (Quarz und Saphir)
vernachlässigbar, könnten in künftigen Experimenten mit neuen Materialien aber bedeutsam werden.
Fachvortrag
GR 1.5 Mo 15:20 A310
Neue Astronomische Tests des Einsteinschen Äquivalenzprinzips
— •Oliver Preuss1 , Sami K. Solanki1 , Mark P. Haugan2 und
Dayal T. Wickramasinghe3 — 1 Max-Planck-Institut für Aeronomie,
Max-Planck-Strasse 2, D-37191 Katlenburg-Lindau, Germany —
2
Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA — 3 Department
of Mathematics, School of Mathematical Sciences, Australian National
University, Canberra, ACT 2601, Australia
Verletzungen des Äquivalenzprinzips sind ein häufiges, wichtiges Merkmal in erweiterten Theorien, welche die Einbeziehung quantenmechanischer Prinzipien in die Gravitation ermöglichen.
Wir haben in diesem Zusammenhang eine Kopplung zwischen
Torsions- und elektromagnetischen Feldern im Rahmen der metrischaffinen Eichtheorie der Gravitation untersucht.
Als Folge dieser
Kopplung ergibt sich, das in einem Gravitationsfeld orthogonale
Polarisationsmoden mit unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten
propagieren. Eine solche gravitationelle Doppelbrechung impliziert,
dass der Polarisationszustand einer elektromagnetischen Welle beim
Durchqueren eines Gravitationsfeldes geändert wird und stellt eine
Verletzung des Einsteinschen Äquivalenzprinzips dar.
Anhand von Polarisationsmessungen an der Sonne und weißen Zwergen
haben wir die Möglichkeit von Doppelbrechungseffekten untersucht und
enge Obergrenzen für den verantwortlichen Kopplungsparameter festgelegt.
Fachvortrag
GR 1.6 Mo 15:40 A310
Vorschlag zur Messung der Fallbeschleunigung von Antimaterie
mit ultrakalten Antiwasserstoff-Atomen — •Jochen Walz1 und
Theodor W. Hänsch1,2 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Straße 1, 85748 Garching — 2 Ludwig-MaximiliansUniversität München, Schellingstraße 4/III, 80799 München
Kürzlich ist am Antiproton Decelerator (AD) des CERN die
Erzeugung von kalten Antiwasserstoff-Atomen gelungen. Für künftige
Präzisions-Experimente zur Prüfung der CPT-Symmetrie sollen
Antiwasserstoff-Atome in einer magnetischen Falle gespeichert und
durch Laserlicht bei Lyman-α auf Temperaturen im mK-Bereich gekühlt
werden. Gravitations-Experimente sind bei diesen Temperaturen, die
Steighöhen von einigen Metern im Schwerefeld der Erde entsprechen,
allerdings noch nicht praktikabel.
In dem vorgeschlagenen neuartigen Verfahren werden zunächst positive
+
Antiwasserstoff-Ionen H̄ ≡ [p̄ e+ e+ ] erzeugt und in einer Penning-Falle
zusammen mit lasergekühlten positiven Ionen aus gewöhnlicher Mate+
rie gespeichert. Durch Coulomb-Stöße werden die H̄ -Ionen auf dieselben niedrigen Temperaturen wie die gewöhnlichen Ionen (einige 10 µK)
+
gekühlt und nach Photodetachment (H̄ +hν → H̄+e+ ) bleiben ultrakalte Antiwasserstoff-Atome. Wenn die Richtung und die Polarisation des
Laserstrahls für das Photodetachment horizontal sind, dann verschwindet in erster Näherung die Komponente des Rückstoßes in Richtung der
Gravitation. Nach dem Photodetachment mit einem Laserpuls kann die
Fallbeschleunigung durch einen, nur wenige cm entfernten AnnihilationsDetektor in einem Flugzeit-Verfahren bestimmt werden.
Montag
GR 2 Schwarze Löcher
Raum: A310
Fachvortrag
GR 2.1 Mo 17:30 A310
Rotating Einstein-Yang-Mills-Dilaton Black Holes — •Jutta
Kunz1 , Burkhard Kleihaus2 , and Francisco Navarro-Lerida3
— 1 Fachbereich Physik, Universität Oldenburg, Postfach 2503, D-26111
Oldenburg — 2 Department of Mathematical Physics, University College,
Dublin, Dublin 4, Ireland — 3 Dept. de Fisica II, Ciencias Fisicas, Universidad Complutense de Madrid, E-28040 Madrid, Spain
We consider stationary axially symmetric black holes in SU(2)
Einstein-Yang-Mills-dilaton theory [1,2]. These asymptotically flat solutions possess non-trivial non-Abelian gauge fields outside their event
horizon and carry non-Abelian electric charge but no non-Abelian magnetic charge. In the limit of vanishing angular momentum they emerge
from the neutral static axially symmetric Einstein-Yang-Mills-dilaton
black holes, labeled by the node number and winding number of the
gauge fields. In the limit of an infinite node number the non-Abelian
black holes tend pointwise to Abelian black holes with vanishing electric
charge, and magnetic charge proportional to the winding number. Surprisingly, the coupling to the dilaton allows for black hole solutions with
non-trivial electric field but vanishing non-Abelian electric charge [2]. We
present a new mass formula for the non-Abelian black holes which also
holds for Abelian black holes [2]. Finally we address the question of a
modified uniqueness conjecture for these hairy black holes.
[1] Kleihaus, Kunz, and Navarro-Lérida, Phys. Rev. D 66, 104001,(2002),
(gr-qc/0207042).
[2] Kleihaus, Kunz, and Navarro-Lérida, hep-th/0210197.
Fachvortrag
GR 2.2 Mo 17:50 A310
3D Einstein-Cartan-Chern-Simons theory: BTZ-like solution
with torsion — •Christian Heinicke — Institut für Theoretische
Physik, Universität zu Köln, 50923 Köln
Although three-dimensional (3D) Einstein gravity is sometimes considered to be quite trivial, it proved to be a valuable testbed for quantum
gravity.
We consider the 3D Einstein-Cartan-Chern-Simons theory proposed
by Mielke et al. [1]. Its Lagrangian consists of a Einstein-Cartan piece,
a cosmological term, and Chern-Simons terms for curvature and torsion. We present the general vacuum solution and show that the BTZ
(Bañados, Teitelboim, and Zanelli) black-hole [2] can be recovered as a
special case of it. Eventually, we discuss some characteristic properties
of our solution [3].
[1] P. Baekler, E. W. Mielke, F. W. Hehl: Dynamical symmetries in
topological 3D gravity with torsion. Nuovo Cimento 107 (1992) 91
[2] M. Bañados, C. Teitelboim, J. Zanelli: Black hole in threedimensional spacetime. Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 1849
[3] A. Garcı́a, F. W. Hehl, C. Heinicke, A. Macı́as: Exact vacuum solution of (1 + 2)-dimensional Poincaré gauge theory: BTZ solution with
torsion. to be published.
GR 3 Alternative klassische Gravitationstheorien
Raum: A310
Fachvortrag
GR 3.1 Mo 18:10 A310
Potential-density pairs for spherical galaxies within scalartensor theories — •Jorge L. Cervantes-Cota1,2 and Mario
A. Rodriguez-Meza2 — 1 Astrophysikalisches Institut Potsdam —
2
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ)
A family of potential–density pairs has been found for spherical halos
and bulges of galaxies within the Newtonian limit of scalar–tensor theories of gravity. The scalar field is described by a modified Helmholtz
equation with a source, that is coupled to the standard Poisson equation of Newtonian gravity. The net gravitational force is given by two
contributions: the standard Newtonian potential plus a term stemming
from massive scalar fields. General solutions have been found for spherical systems and we compute potential–density pairs of spherical, galactic
systems, and some other astrophysical quantities that are relevant to
generate initial conditions for spherical galaxy simulations, as well.
Fachvortrag
GR 3.2 Mo 18:30 A310
Gravitationsfeld-Strukturgesetze nach PYTHAGORAS und
der Sinus-Funktion — •Dr. Peter Kuemmel — Amselweg 15 c
Peter Kuemmel, Amselweg 15 c, D-21256 Handeloh Die Lage des
Schwerpunktes von Massen unterliegt dem Einfluß von Nachbar- oder
Relationsmassen. Dabei laesst sich die Anziehungskraft F NEWTON‘s
durch den ”Natürlichen Schwerpunktversatz” schwerer Massen ”SVH”
mit Hilfe des PYTHAGORAS bestimmen. Der ”Künstliche Schwerpunktversatz” SSVR” durch Massenrotation in Form von ROTATIONSAMG wird mit der Sinus-Funktion errechnet.
GR 4 Klassische Allgemeine Relativitätstheorie
Fachvortrag
GR 4.1 Di 14:00 A310
Four real lightlike vectors as a frame in general relativity and
the Global Positioning System (GPS) — •Friedrich W. Hehl
— Univ. zu Köln and Univ. of Missouri-Columbia, MO, USA. Email
[email protected]
We define a symmetric null coframe consisting of four real null covectors. We show that this coframe is closely related to the GPStype coordinates introduced recently by Rovelli, see Blagojević et al.
and references given there: Phys. Rev. D65 (2002) 044018 and
http://arXiv.org/abs/gr-qc/0110078v3 .
Fachvortrag
GR 4.2 Di 14:20 A310
Constructing Killing Tensors and Dual Geometries —
•Raffaele
Rani1 , Brian
Edgar2 , and Alan Barnes3 —
1
Theoretical Astrophysics, Institute of Astronomy adn Astrophysics,
University of Tübingen, Auf der Morgenstelle 10, 72076 Tübingen,
Germany — 2 Department of Mathematics, Linköping University, 58183
Linköping, Sweden — 3 School of Engineering & Applied Science, Aston
University, Birmingham, B4 7ET, U.K.
Killing tensors are known to be a generalisation of Killing vectors and
to be linked with integrals of motion and the theory of separation of
Raum: A310
variables. However not so many examples of them are known since to
obtain them by direct solution of the Killing equations is in most cases
a complicated task.
We here present three methods to construct Killing tensors from vectors and tensors possessing special properties. We first consider the case
of Killing tensors constructed from conformal Killing vectors and then
discuss the result that cofactor Killing tensors can always be constructed
from non-singular special conformal Killing tensors. Finally, we introduce
the concept of dual geometries, spaces obtained using Killing tensors as
spacetime metrics.
Fachvortrag
GR 4.3 Di 14:40 A310
Geladene Staubscheiben und Harrison-Transformationen —
•Christian Klein — LUTH, Observatoire de Paris, 92195 Meudon
Cedex, Frankreich
Wir diskutieren Lösungen der Einstein-Maxwell-Gleichungen, die
durch eine Harrison-Transformation von Lösungen der stationär axialsymmetrischen Einstein-Gleichungen konstruiert wurden. Im Zentrum
derBetrachtungen stehen hyperelliptische Lösungen der Ernst-Gleichung.
Als Beispiel diskutieren wir die Transformation einer Familie gegenrotierender Staubscheiben.
Fachvortrag
GR 4.4 Di 15:00 A310
Relativistic Dyson Rings and Their Black Hole Limit —
•Marcus Ansorg, Andreas Kleinwächter, and Reinhard
Meinel — Theoretisch-Physikalisches Institut, University of Jena,
Max-Wien-Platz 1, D-07743 Jena, Germany
We investigate uniformly rotating, homogeneous and axisymmetric relativistic fluid bodies with a toroidal shape. The corresponding field equations are solved by means of a multi-domain spectral method, which
yields highly accurate numerical solutions. For a prescribed, sufficiently
large ratio of inner to outer coordinate radius, the toroids exhibit a continuous transition to the extreme Kerr black hole. Otherwise, the most
relativistic configuration rotates at the mass-shedding limit. For a given
mass-density, there seems to be no bound to the gravitational mass as one
approaches the black-hole limit and a radius ratio of unity. Reference:
Astrophys. J. Lett., in press (gr-qc/0211040)
Fachvortrag
GR 4.5 Di 15:20 A310
Maximalmasse starr rotierender homogener Flüssigkeitsmodelle
in der Einsteinschen Gravitationstheorie — •Konrad Schöbel
und Marcus Ansorg — Theoretisch-Physikalisches Institut,
In diesem Vortrag werden die Ergebnisse der systematischen Untersu-
Dienstag
chung eines die Maclaurin- und Schwarzschild-Lösung verallgemeinernden Modells starr rotierender homogener Flüssigkeiten vorgestellt. Es
stellt sich heraus, daß die zugehörige zweiparametrige Lösungsschar außer
von diesen zwei Lösungen und einer Mass-shed-Grenze von zwei weiteren
Kurven vollständig eingegrenzt wird. Dies sind eine von der MaclaurinLösung abzweigende Newtonsche Sequenz sowie eine weitere mit unendlichem Zentraldruck. Dadurch wird es möglich, maximale Masse und
Rotverschiebung explizit zu bestimmen.
Relevante physikalische Größen werden sowohl auf der gesamten
Lösungsschar als auch in den Grenzfällen diskutiert.
Fachvortrag
GR 4.6 Di 15:40 A310
Die Maclaurin-Ellipsoide in post-Newtonscher Entwicklung —
•David Petroff — Theoretisch-Physikalisches Institut, Max-WienPlatz 1, 07743 Jena
In diesem Vortrag stelle ich eine Methode zur Berechnung der postNewtonschen Entwicklung von Maclaurin-Ellipsoiden bis zu einer beliebigen Ordnung vor. Diese Methode verdeutliche ich anhand der niedrigen
Ordnungen und diskutiere durch einen Vergleich mit einem hochgenauen
Computerprogramm die Gültigkeitsbereiche der Näherung. Abschliessend gehe ich auf Besonderheiten der relativistischen Lösung ein, die mit
Bifurkationspunkten entlang der Maclaurin-Sequenz zusammenhängen.
GR 5 Grundlegende Probleme und alternative Ansätze
Fachvortrag
GR 5.1 Di 16:30 A310
Charakterisierung von Photonenflächen — •Volker Perlick1,2 ,
Thomas Foertsch3 und Wolfgang Hasse2 — 1 Universität Köln,
Inst.Theore. Phys., 50923 Köln — 2 TU Berlin, Inst. Theor. Phys.
10623 Berlin — 3 Universität Zürich-Irchel, Mathem. Inst., 8057 Zürich
Eine zweidimensionale zeitartige Fläche Σ (Weltfläche einer Schiene)
heißt Photonenfläche, wenn sie von zwei Scharen lichtartiger Geodäten
erzeugt wird, d.h., wenn die Schiene dem Auge gerade erscheint. Triviale
Beispiele sind zeitartige Ebenen in der Minkowski-Raumzeit, ein nichttriviales Beispiel ist die Fläche r = 3m, ϑ = π/2 in der SchwarzschildRaumzeit. Wir geben physikalische Charakterisierungen von Photonenflächen mithilfe von Kreiseltransport und Trägheitskräften und mathematische Charakterisierungen mithilfe der zweiten Fundamentalform.
Außerdem geben wir Kriterien für die (Nicht-)Existenz von Photonenflächen in gewissen Raumzeiten.
Fachvortrag
GR 5.2 Di 16:50 A310
Pseudo-Riemannian geometry of group lattices — •Folkert
Müller-Hoissen1 and Aristophanes Dimakis2 — 1 Max-PlanckInstitut für Strömungsforschung, Bunsenstrasse 10, D-37073 Göttingen
— 2 Department of Financial and Management Engineering, University
of the Aegean, GR-82100 Chios
Group lattices (Cayley digraphs) of a discrete group are in natural
correspondence with (non-commutative) differential calculi on the group.
On such a differential calculus geometric structures can be introduced following general recipes of algebraic noncommutative geometry. Despite of
the non-commutativity between functions and (generalized) differential
forms, for the subclass of ‘bicovariant” group lattices it is possible to
understand central geometric objects like metric, torsion and curvature
as “tensors” with (left) covariance properties. This ensures that tensor
components (with respect to a basis of the space of 1-forms) transform in
the familiar homogeneous way under a change of basis. There is a natural
compatibility condition for a metric and a linear connection. Essential
features of the resulting (pseudo-) Riemannian geometry and corresponding examples are presented in this talk. A particular example is given
by a hypercubic lattice digraph which leads to a discretization of gravity
theories.
Fachvortrag
GR 5.3 Di 17:10 A310
Consequences of independent coordinatizations for points and
hyperplanes — •Bertfried Fauser — Universität Konstant, Fachbereich Physik, Fach M678, 78457 Konstanz
Riemannian geometry is based on points as generic objects. Even if
tangent and cotangent bundles are used, covectors are not employed as
geometric objects, i.e. hyperplanes, but as linear forms. We have in the
Raum: A310
last years argued that a point-only view of geometry is not sufficiently
handy for more advanced investigations, especially for projective relativity theory. Hehl and Obukhov currently made use of line coordinates
(E, B) and (D, H) in R6 in their approach to axiomatic electrodynamics.
We will show that the coordinatization of point space and hyperplane
space can be made independently. Due to such choices, certain symmetries will no longer be present. Using Poncelet’s r-linear polarity both
coordinate systems can be connected but at the cost of incidence relations
based on arbitrary not necessarily symmetric non-degenerate incidence
matrices. We will exemplify this setting and draw some conclusions for
differential geometry. Remarkably this process is related to Wick reordering in quantum field theory.
Part of this talk is based on unpublished results of Prof. H.-J. Stoß,
Fachbereich Mathematik, Uni. Konstanz.
Fachvortrag
GR 5.4 Di 17:30 A310
The Cotton 2-form in arbitrary dimensions — •Christian
Heinicke — Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln,
50923 Köln
In spaces of dimension greater than 3, the vanishing of the Weyl 2form is the necessary and sufficient condition for conformal flatness. In 3
dimensions, the Weyl 2-form vanishes identically and the Cotton 2-form
[1,2] plays the role of the Weyl 2-form.
We will discuss the meaning of the Cotton 2-form in arbitrary dimensions. We derive in a systematic way how its specific role in three
dimension comes about. The argument is based on the Bianchi identities. We use the formalism of exterior calculus in which the arguments
become very transparent [3]. The number of independent components of
the Cotton 2-form are determined, and a classification is presented which
is based on its number of independent eigenvectors.
[1] E. Cotton: Ann. Fac. d. Sc. Toulouse (II) 1 (1899) 385
[2] J. A. Schouten: Ricci Calculus (Springer, Berlin, 1954)
[3] C. Heinicke: Gen. Rel. Grav. 33 (2001) 1115
[4] A. Garcia, F. W. Hehl, C. Heinicke, A. Macias: The Cotton tensor
in Riemannian spacetimes, to be published.
GR 5.5 Di 17:50 A310
Spin Fluide - Revisited (I) — •Gunnar Rückner, H. J. Herrmann, W. Muschik und H.- H. von Borzeszkowski — Fakultät
II, Institut für Theoretische Physik TU - Berlin, Hardenbergstras̈e 36,
10623 Berlin
Im Gegensatz zur nicht - relativistischen Theorie der Spin Fluide, die 3
Spinfelder kennt, treten in der relativistischen makroskopischer Materialien 6 Spinfelder auf, von denen aber nur 3 gemessen werden. Deshalb reduzieren Autoren wie Obukhov und Korotky oder Bäuerle und Haneveld
die 6 auftretenden 6 Spinfelder irgendwie auf drei, meist ohne explizite
Dienstag
Berücksichtigung der 9+9 Felder des couple stresses. Diese Reduktionen
werden aus materialtheoretischer Sicht diskutiert und bewertet.
Fachvortrag
GR 5.6 Di 18:10 A310
Spin-Fluide (II): Spin-Axiome — •Heiko Herrmann, G. Rueckner, W. Muschik und H.-H. Borzeszkowski — Institut fuer Theoretische Physik, TU Berlin
Zur systematischen Reduktion der 3+3 relativistischen Spinfelder und
der 9+9 Felder des couple stress’ werden Spin-Axiome angegeben, die
universell auf 3 Spinfelder mit 9 couple-stress-Feldern fuehren, ohne dass
eine spezielle Annahme ueber das Material gemacht wird, d.h. die SpinAxiome gelten fuer alle Stoffe ohne Einschraenkung des Materials. Insbesondere wird eine Klassifikation der Spin-Fluide mit Hilfe der SpinAxiome angegeben. Das Weyssenhoff-Fluid wird in diese Klassifikation
eingeordnet und charakterisiert: Abweichend von der gaengigen Ansicht
ist es unter Beruecksichtigung der Spin-Axiome ein nicht-ideales Fluid.
Fachvortrag
GR 5.7 Di 18:30 A310
Relativität und überlichtschnelle Signale: Ein unlösbarer Konflikt? — •Albrecht Giese — Taxusweg 15, 22605 Hamburg
Überlichtschnelle Signale sind vielerorts gemessen worden. Ihre physikalische Bedeutung wird kontrovers beurteilt. Unabhängig von Bewertungsunterschieden können diese Signale jedoch verwendet werden, um
analog zu Einstein eine Uhrensynchronisation im bewegten System vorzunehmen. Das Ergebnis einer solchen Uhrensynchronisation differiert
im Allgemeinen zu derjenigen mit Lichtsignalen. Es gibt aber genau ein
Inertialsystem, in welchem diese Differenz verschwindet.
Damit besteht ein offensichtlicher Widerspruch zum Relativitätsprinzip und auch zur Einsteinschen Kausalität.
Dieser
Widerspruch verschwindet jedoch, wenn man entsprechend der
Lorentzianischen Interpretation der RT die Existenz eines absoluten
Ruhesystems annimmt.
Der Vortrag wird dieses darstellen. Er wird außerdem einen Ansatz
vorstellen, welcher die Gültigkeit der Lorentztransformation auf der Basis
eines Strukturmodells der Materie unabhängig vom Relativitätsprinzip
begründet. Dieses Modell erklärt fernerhin physikalische Phänomene
klassisch, die nach üblicher Auffassung nur quantenmechanisch zu begründen sind, wie magn. Moment und Spin.
Für eine Vorinformation zum Strukturmodell siehe: www.agphysics.de
GR 6 Gravitationswellen, experimentelle Tests
Raum: A310
Fachvortrag
GR 6.1 Fr 14:20 A310
Will VIRGO see RIGOs? — Radion-induced graviton oscillations in the two-brane world — •Andreas Rathke1,2 , Andrei O.
Barvinsky3 , Alexander Yu. Kamenshchik4 , and Claus Kiefer1
— 1 Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln, Zülpicher Str.
77, 50937 Köln — 2 Fakultät für Mathematik und Physik, Physikalisches
Institut, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, 79104 Freiburg
— 3 Theory Department, Lebedev Physics Institute, Leninsky Pr. 53,
Moskau 117924, Rußland — 4 Landau Network — Centro Volta, Villa
Olmo, via Cantoni 1, 22100 Como, Italien
One of the most interesting features of braneworld models is the existence of massive gravitational modes in addition to the usual massless one. Mixing of the modes which depends nontrivially on the interbrane distance called the radion field can be interpreted as radion-induced
gravitational-wave oscillations, a classical analogy to meson and neutrino
oscillations. We show that these oscillations arising in M-theory-inspired
two-brane setups could lead to effects detectable by gravitational-wave
interferometers.
Fachvortrag
GR 6.2 Fr 14:40 A310
Modenanalyse einer Fasermode und Anwendung auf ein heterodynes Interferometer — •Antonio Francisco Garcia Marin, Vinzenz Wand, Gerhard Heinzel und Karsten Danzmann
— Max-Plank-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)
Teilinstitut Hannover, Callinstrasse 38, D-30167 Hannover, Deutschland
In dem Technologie-Demonstrations Satelliten SMART2 wird ein hete-
rodyin Mach-Zehnder Interferometer verwendet, um sowohl den Winkel
als auch den Abstand zwischen zwei Testmassen zu bestimmen.
Eine Simulation der Strahlausbreitung im Interferometer wird mit experimentellen Ergebnissen eines Labor-Prototyps verglichen.
Die Empfindlichkeit der Winkelmessung mittels Differential Wavefront
Sensing (DWS) hängt stark von den Parametern des verwendeten Laserstrahls ab.
Diese Parameter werden bestimmt, indem das Intensitätsprofil mittels
einer CCD Kamera in verschiedenen Abständen aufgenommen wird. Ein
Modell für den Strahl, bestehend aus einem fundamentalen Gauss-Mode
mit Beimischung höherer Gauss-Laguerre Moden, wird an alle gemessenen Daten simultan angepasst.
Das erhaltene Modell wird für eine verbesserte Simulation der DWS
Siganle verwendet.
Fachvortrag
GR 6.3 Fr 15:00 A310
Experimental Search for Non-Newtonian Gravity at Submillimeter Distances — •Luca Haiberger, Helmut Wenz, and
Stephan Schiller — Institut fuer Experimentalphysik, Universitaet
Duesseldorf
In the last decade new theoretical approaches to the unification of the
fundamental forces caused a renewed interest in testing the validity of
Newton’s Law at short distance. We describe an experiment based on
the use of micromachined torsional oscillator with a very high quality
factor. Experimental costraints on the existence of new macroscopical
gravity-like forces will be presented.
GR 7 Numerik
Fachvortrag
GR 7.1 Fr 15:20 A310
Diskrete Differentialformen in der Numerischen Relativitätstheorie — •Jörg Frauendiener — Institut für Astronomie
und Astrophysik, Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 10, 72076
Tübingen
In der numerischen Relativitätstheorie werden heute hauptsächlich Methoden verwendet, die auf der Formulierung der Einstein”=Gleichungen
als Anfangswertproblem für ein symmetrisch hyperbolisches System von
partiellen Differentialgleichungen mit Zwangsbedingungen beruhen. Diese Gleichungen sind immer bezüglich eines bestimmten, wenn auch beliebigen Koordinatensystems formuliert. Die weitgehende Unbestimmtheit
der Koordinaten führt im allgemeinen zu Schwierigkeiten bei der numerischen Simulation.
Daher ist es wünschenswert, eine möglichst koordinatenunabhängige
Formulierung der Theorie numerisch zu implementieren.
Eine
Möglichkeit soll hier vorgestellt werden. Ausgangspunkt ist eine koordi-
Raum: A310
natenfreie Formulierung der Einstein”=Gleichungen als Gleichungen zwischen äußeren Differentialformen. Die numerische Implementierung führt
auf diskrete Differentialformen, die schon für die Maxwell”=Gleichungen
und in der QCD angewandt werden. Diese Methode ist weitgehend identisch mit Finite-Element-Methoden, welche vom theoretischen Standpunkt aus gut untersucht sind und für die es gut entwickelte Algorithmen
gibt, von denen hier profitiert werden kann.
Fachvortrag
GR 7.2 Fr 15:40 A310
Visualisierung vierdimensionaler Raumzeiten mittels Raytracing — •Thomas Müller — Institut für Theoretische Astrophysik,
Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 10, 72076 Tübingen
Die Vorhersagen der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie
entziehen sich unserer alltäglichen Erfahrung. Zum Verständnis beider
Theorien genügt der rein analytische Zugang meist nicht. Eine gewisse
Hilfe kann die bildliche Darstellung dessen sein, was ein Beobachter in
einer möglicherweise gekrümmten Raumzeit sehen würde. Als Hilfsmittel dient hier Raytracing, die Verfolgung der beim Beobachter angekommenen Lichtstrahlen zurück zum Raumzeit-Punkt ihrer Emission. Die
Lichtstrahlen erhält man durch Integration der Geodätengleichung. Eindrucksvolle Beispiele des vierdimensionalen Raytracing ist die Visualisierung der Schwarzschild-Raumzeit und eines Fluges durch ein Wurmloch.
Fachvortrag
GR 7.3 Fr 16:00 A310
Untersuchungen zur numerischen Berechnung von Anfangsdaten für die Konformfeldgleichungen der ART — •Andreas King
— Institut für Theoretische Astrophysik, Universität Tübingen, Auf der
Morgenstelle 10, 72076 Tübingen
Freitag
Im konformen Zugang zur Allgemeinen Relativitätstheorie basierend
auf Friedrich’s Konformfeldgleichungen besteht ein erster Schritt bei deren numerischer Lösung in der Berechnung von Anfangsdaten für die
Zeitevolution. Die dabei auftretenden speziellen Probleme, insbesondere
die numerische Konstruktion von Lösungen der Lichnérowicz-YamabeGleichung sollen in diesem Vortrag erläutert sowie die bisher erzielten
Resultate vorgestellt werden.
Massenspektrometrie
Tagesübersichten
MASSENSPEKTROMETRIE (MS)
PD Dr. K. Wendt
Institut für Physik
Universität Mainz
Postfach 3980
55099 Mainz
(Hörsäle F 428 und Poster Lichthof)
Hauptvorträge
MS I
MS II
Mo
Mo
MS III
Mo
MS IV
Do
MS V
Do
MS VI
Do
11:00 (F 428) Massenspektrometrie im Weltraum, Peter Wurz
11:30 (F 428) Das Rätsel der persischen Mumie:
Original oder Fälschung?,
Wolfgang Kretschmer, Gerhard Morgenroth, Andreas Scharf, Thomas Uhl
12:00 (F 428) The AlCaTraz experiment: Towards ultra-sensitive isotope analysis of
calcium, Ronnie Hoekstra, Steven Hoekstra, Reinhard Morgenstern
11:00 (F 428) Präzisionsmassenspektrometrie mit einzelnen, kurzlebigen Ionen zur Untersuchung kernphysikalischer Schlüsselfragen, Christoph Scheidenberger
11:30 (F 428) Interaction of electrons and molecules with a single trapped nanoparticle,
Stephan Schlemmer, Stefan Wellert, Falk Windisch, Michael Grimm, Silko Barth,
Dieter Gerlich
12:00 (F 428) Wechselwirkung von Elektronen und Protonen mit biologisch relevanten Molekülen, Untersucht mittels hochauflösender Massenspektrometrie, Paul Scheier, Gernot Hanel, Stephan Denifl, Bettina Gstir, Aleksandar Stamatovic, Stefan Matejcik, Tilmann Märk, Bruno Coupier, Bernadette Farizon, Michel
Carre, Michel Farizon
Hinweis auf Symposien mit Bezug zur Massenspektrometrie
SYBM Mo 14:00–19:00
SYSU Di 11:00–18:30
(B 305)
(E 114)
Symposium Biologische Moleküle in der Gasphase
Symposium Spektroskopie und Umwelt
Fachsitzungen
MS
MS
MS
MS
MS
1
2
3
4
5
Beschleunigermassenspektrometrie
Atomfallen und Resonanzionisation
Poster
Ionenfallen und Präzisionsmassenspektrometrie
Massenspektrometr. Verfahren und Entwicklungen
Mo
Mo
Di
Do
Do
14:00–15:45
16:30–17:45
16:30–18:30
14:00–15:45
16:30–18:30
Mitgliederversammlung des Fachverbands Massenspektrometrie
Mo 15:45–16:30
F 428
Tagesordnung:
1. Bericht des Fachverbandsleiters
2. Wahl des neuen Fachverbandsleiters
3. Tagungen 2004-2005
4. Verschiedenes
Anregungen für weitere Tagesordnungspunkte bitte an den Fachverbandsleiter.
F 428
F 428
Lichthof
F 428
F 428
MS
MS
MS
MS
MS
1.1–1.7
2.1–2.4
3.1–3.7
4.1–4.7
5.1–5.8
Massenspektrometrie
Hauptvorträge
Hauptvorträge
Hauptvortrag
MS I Mo 11:00 F 428
Massenspektrometrie im Weltraum — •Peter Wurz — Universität Bern, Physikalsiches Institut, Sidlerstrasse 5, 3012 Bern, Schweiz
In diesem Vortrag werde ich über die Anwendungen der Massenspektrometrie im Weltraum sprechen anhand der Projekte die an unserem Institut realisiert werden. Massenspektrometrie wird zur direkten Messung
der Zusammensetzung eines Objektes im Sonnensystem eingesetzt, mit
der Sonne auf der einen Seite, den Planeten, deren Monden, Asteroiden,
Kometen und dem insterstellaren Gas am anderen Ende des Forschungsspektrums. Zum grössten Teil handelt es sich dabei um Flugzeitmassenspektrometer, aber auch amgnetische System werden verwendet. Je nach
den Anforderungen der wissenschaftlichen Fragestellungen kommen zum
Teil auch hochauflösende Massenspektrometer zum Einsatz.
Hauptvortrag
MS II Mo 11:30 F 428
Das Rätsel der persischen Mumie: Original oder Fälschung?
— •Wolfgang Kretschmer, Gerhard Morgenroth, Andreas Scharf und Thomas Uhl — Physikalisches Institut, Universität
Erlangen-Nürnberg
Der Fund einer Mumie in Pakistan wurde zunächst als archäologische
Sensation gefeiert, da die Inschriften auf dem Sarkophag und der Mumie
auf die Tochter von Xerxes (519 - 465 v.Chr.) hin deuteten. Zur Altersbestimmung mit Hilfe der Beschleuniger Massenspektrometrie (AMS)
wurden mehrere Proben an der Erlanger AMS-Anlage vermessen. Erste
Messungen von Holzkohlepartikeln sowie winziger Stoff- und Strohfasern
ergaben ein Alter von maximal 50 Jahren. Weitere Radiokarbon Untersuchungen von Haut, Muskelgewebe und Knochen erlaubten eine Datierung mit einer Genauigkeit von ±1 Jahr, womit die Mumie zweifelsfrei
als moderne Fälschung entlarvt wurde.
Hauptvortrag
MS III Mo 12:00 F 428
The AlCaTraz experiment: Towards ultra-sensitive isotope
analysis of calcium — •Ronnie Hoekstra, Steven Hoekstra,
and Reinhard Morgenstern — KVI, Atomic Physics, RijksUniversiteit Groningen, Zernikelaan 25, 9747 AA Groningen, the Netherlands
We are developing a new apparatus for ultra-sensitive trace isotope
analysis of calcium isotopes. Using modern optical methods, specific
isotopes of calcium will be selectively cooled, trapped and detected in
a Magneto-Optical Trap (MOT). Of special interest is the radioactive
isotope 41 Ca, which might be used for dating calcium-containing material from the pleistocene (the half-life of 41 Ca is 105,000 year) and as
a biomedical tracer for the osteoporosis studies. The main experimental challenge is the very low natural abundance of 41 Ca relative to 40 Ca,
which is only 10−15 to 10−14 . Until now this kind of experiments have only
been attempted with Accelerator Mass Spectrometry and more recently
Resonant Ionization Mass Spectrometry. In our AlCaTraz experiment,
Ca is evaporated from an oven, after which the atoms are decelerated in
a Zeeman slower. Before and after the Zeeman slower, optical molasses
is used to collimate the atom beam, and after the Zeeman slower also to
deflect the desired isotope. These atoms are then captured in a standard
MOT, and detected by their fluorescence. We performed Monte Carlo
type simulations of the different stages, collimation, slowing down, deflection and trapping. In addition to the simulations, the experimental
status will be discussed and as far as possible comparison will be made
with the simulations.
Hauptvortrag
MS IV Do 11:00 F 428
Präzisionsmassenspektrometrie mit einzelnen, kurzlebigen Ionen zur Untersuchung kernphysikalischer Schlüsselfragen —
•Christoph Scheidenberger — GSI Darmstadt
Die Masse von Atomkernen ist eine charakteristische Größe, da
die Bindungsenergie die Wechselwirkung aller Nukleonen widerspie-
gelt. Das Verständnis der Kräfte und der Wechselwirkungen im nuklearen Medium ist in der Kernphysik von herausragender Bedeutung.
Präzisionmassenmessungen dienen zum Test und zur Verbesserung moderner Kernmodelle. Hierbei spielen kurzlebige Kerne, die in der Natur
bei der Synthese der chemischen Elemente in Sternen gebildet werden,
eine Schlüsselrolle. Bei GSI wurden zwei neue Präzisionsmethoden zur
direkten Massenbestimmung entwickelt. Dazu werden kurzlebige Kerne bei relativistischen Energien in Schwerionenstößen erzeugt, im Flug
separiert und ihre Masse durch Messung der Umlauffrequenz in einem
Speicherring bestimmt. Massenauflösungsvermögen von 1 . . . 7 · 10−5 und
relative Massengenauigkeiten von wenigen 10−7 werden erreicht. Extrem
kurzlebige Nuklide mit Halbwertszeiten bis hinunter zu wenigen 10 µs
können untersucht werden. Beide Verfahren sind sensitiv auf einzelne
Ionen. Bisher konnten die Massen von ca. 300 Nukliden, was etwa 10 %
aller bekannten Nuklide entspricht, erstmalig bestimmt werden. Mit den
gewonnenen Daten werden wichtige Ergebnisse erzielt wie z. B. die Bestimmung der Proton-Abbruchkante in der Gegend um Francium und die
Untersuchung der Schalenstruktur in neutronenarmen Bleiisotopen.
Hauptvortrag
MS V Do 11:30 F 428
Interaction of electrons and molecules with a single trapped
nanoparticle — •Stephan Schlemmer, Stefan Wellert, Falk
Windisch, Michael Grimm, Silko Barth, and Dieter Gerlich
— Faculty of Natural Science, University of Technology, 09107 Chemnitz, Germany
High-resolution and non-destructive nanoparticle mass spectrometry
(NPMS) is used to study the interaction of electrons and molecules with
the surface of a single, isolated particle stored in a three-dimensional
quadrupole trap over weeks. IR-laser heating is employed as a fast temperature control. The kinetics of adsorption and desorption of molecules
is studied for a 500 nm in diameter SiO2 particle. A C6 0 multilayer film
has been prepared during online NPMS monitoring. Emission probabilities for secondary electrons, δ, are determined for a bare particle and the
particle with a 40 nm thick layer of C6 0. From the molecular desorption
rates ( fg/h) at constant temperature binding energies of multilayer 1.47
eV and submonolayer 1.53 eV C6 0 have been determined. Future perspectives of this combined mass spectrometry and surface science technique
are discussed.
Hauptvortrag
MS VI Do 12:00 F 428
Wechselwirkung von Elektronen und Protonen mit biologisch
relevanten Molekülen, Untersucht mittels hochauflösender
Massenspektrometrie — •Paul Scheier1 , Gernot Hanel1 ,
Stephan Denifl1 , Bettina Gstir1 , Aleksandar Stamatovic1 ,
Stefan Matejcik1,2 , Tilmann Märk1,2 , Bruno Coupier1,3 ,
Bernadette Farizon3 , Michel Carre3 , and Michel Farizon3
— 1 Institut für Ionenphysik, A-6020 Innsbruck — 2 Department of
Plasma Physics, Sk-84215 Bratislava — 3 Institut de Physique Nucleaire,
F-69622 Villeurbanne Cedex
The formation of both positively and negatively charged ions has been
investigated for the collision of highly monochromatized electrons with
molecules such as uracil, thymine, cytosine and chlorouracil. These
molecules were chosen to investigate and understand the basic processes
that lead to the damage of living cells upon exposure to ionizing radiation. Dissociative electron attachment to all DNA and RNA bases
reveals an unexpectedly high cross section at electron energies below 2
eV. Ionization threshold studies give additional information on the electron induced dissociation of these molecules. Parallel the ionization of
these molecules by protons was investigated in the energy range between
20 and 150keV.
Work partially supported by FWF, ÖNB and ÖAW, Wien, Austria
and European Commission, Brussels.
Massenspektrometrie
Montag
Fachsitzungen
MS 1 Beschleunigermassenspektrometrie
MS 1.1 Mo 14:00 F 428
Neue Wege in Beschleunigermassenspektrometrie zur Altersbestimmung — •Martin Stocker1 , Max Döbeli2 , Stefan Jacob1 ,
Martin Suter1 und Hans-Arno Synal2 — 1 Institut für Teilchenphysik, ETH Hönggerberg, 8093 Zürich, Schweiz — 2 Paul Scherrer Institut,
c/o ETH Hönggerberg, 8093 Zürich, Schweiz
In diesem Beitrag wird eine neue Generation von Beschleunigermassenspektrometern für die 14 C-Datierung vorgestellt. Die neuen Geräte sind
viel kleiner als die bisherigen Anlagen und benötigen eine Grundfläche
von nur 2×3 m. Das MIni RAdiocarbon DAting System (MICADAS)
besteht aus einer Tandem Beschleuniger Einheit, welche sich in einem
Vakuum isolierten Tank befindet. Das für die Beschleunigung benötigte
Potential von 200 kV wird von einem kommerziellen Netzgerät erzeugt.
Im Gas Stripper werden einerseits die von der Quelle extrahierten negativen Ionen in den Ladungszustand 1+ umgeladen und anderseits interferierende molekulare Ionen in mehrfach Kollisionen aufgebrochen. Die
primäre Komponente des neuen Spektrometers, die Beschleunigereinheit
ist betriebsbereit und wurde zusammen mit dem ETH/PSI AMS-System
erfolgreich getestet. Erste Resultate zeigen die Leistungsfähigkeit der
Radiokohlenstoffdatierung bei 200 kV Terminalspannung.
MS 1.2 Mo 14:15 F 428
Beschleunigermassenspektrometrie mit einer Hybridionenquelle — •Thomas Uhl, Wolfgang Kretschmer, Wolfgang Luppold, Gerhard Morgenroth und Andreas Scharf — Physikalisches Institut, Erwin-Rommel-Str. 1, 91058 Erlangen
Die Erlanger Gruppe KORA beschäftigt sich mit der Radiokarbondatierung. Bestimmt wird hierbei das Verhältnis der Kohlenstoffisotope 14 C
zu 13 C. Zur Erzeugung der zu messenden Ionen wird eine Hochstromsputterquelle (40 MC-SNICS) verwendet. Durch Cäsiumbeschußvon festen Kohlenstoffproben und werden negative Kohlenstoffionen erzeugt, die
mit der Erlanger-AMS-Anlage gemessen werden. Kürzlich wurde die bestehende Ionenquelle zu einer Hybridionenquelle modifiziert, womit sowohl feste als auch gasförmige (in Form von CO 2) Kohlenstoffproben bis
zu geringsten Kohlestoffmengen (1̃µg) gemessen werden könen. Erste Erfahrungen im Umgang mit der Hybridionenquelle werden vorgestellt. Es
wird berichtet über die Konzeption des Gashandlingsystems, Optimierung der Quellenparameter, Untersuchung der ”Cross Contamination”
und der Effizienz der Erzeugungsraten von Kohlenstoffionen aus CO 2
bei verschiedenen Titankathodenoberflächen.
MS 1.3 Mo 14:30 F 428
Be measurements with terminal voltages below 1 MV —
•Michal Grajcar1 , Max Döbeli2 , Peter W. Kubik2 , Colin
Maden1 , Martin Suter1 , and Hans A. Synal2 — 1 Institute of Particle Physics, ETH-Hönggerberg, CH-8093 Zürich, Switzerland — 2 Paul
Scherrer Institut, c/o ETH-Hönggerberg, CH-8093 Zürich, Switzerland
At the AMS laboratory in Zürich, the potential for 10 Be detection is
presently being explored with the existing 1-SDH Pelletron facility. Using charge state 2+ , an energy of about 1.5 MeV and a transmission of
about 13% is obtained. A stack of 7 carbon foils (20 µg/cm2 ) has been
placed between the high-energy analysing magnet and the electrostatic
deflector. With this dE/dx foil technique, a boron suppression of about 3
orders of magnitude has been achieved. In addition, the 10 B interference
has been suppressed by another 5 orders of magnitude with a ∆E-ER
gas ionisation chamber. The total background suppression is thus at
least 8 orders of magnitude. For samples prepared by converting to BeO,
this corresponds to a background 10 Be/9 Be ratio of about 10−12 . The
IsoTrace group in Toronto suggested the use of BeF as sample material
instead of BeO. Extracting BeF− molecules from the ion source seems
to reduce the 10 B fraction in the beam by about 5 orders of magnitude
in comparison to extraction of BeO− . The potential of this alternative
technique is also discussed.
10
Raum: F 428
MS 1.4 Mo 14:45 F 428
Neue 36 Cl-Messungen zur Hiroshima-Diskrepanz — •Eckehart
Nolte1 , Thomas Huber1 , Werner Rühm2 und Kazuo Kato3 —
1
Fakultät für Physik, Technische Universität München, D-85747 Garching — 2 Radiobiologisches Institut, Universität München, D-80336
München — 3 Hiroshima Prefectural College of Health Sciences, Hiroshima, Japan
In 46 exponierten Granit- und Betonproben von 19 unterschiedlichen
Probenorten wurden mit Beschleunigermassenspektrometrie am MaierLeibnitz-Laboratorium der LMU und der TUM 36 Cl/Cl-Verhältnisse gemessen. Zur Erfassung von Untergrundbeiträgen wurden zusätzlich vom
Hypozentrum genügend weit entfernte unexponierte Proben und Proben
aus Steinbrüchen in der Umgebung von Hiroshima analysiert. Ziel der
Untersuchung war eine Analyse der sog. ”Hiroshima-Diskrepanz”, einer
Beobachtung von Neutronenfluenzen, die im Bereich der Überlebenden
bis zu einem Faktor 100 größer waren, als im aktuellen Dosimetriesystem
DS86 berechnet. Bei der Studie wurde die natürliche In-situ-Produktion
durch die Höhenstrahlung und U/Th mitberücksichtigt. Das Ergebnis
ist, dass nach Abzug der natürlichen In-situ-Produktion die gemessenen
Fluenzen mit den in DS86 berechneten perfekt übereinstimmen und es
keinen Hinweis auf eine Diskrepanz gibt. Bei kleinen Abständen vom Hypozentrum sind die gemessenen Neutronenfluenzen kleiner als in DS86.
Dieser Effekt kann durch eine Anhebung der Bombenhöhe auf 600 m
behoben werden.
MS 1.5 Mo 15:00 F 428
I-Messungen in Seewasserproben — •Herbert Reithmeier1 ,
Vitali Lazarev1 , Werner Rühm2 , Alexander Blinov3 , Thomas Huber1 , Florian Kubo1 und Eckehart Nolte1 — 1 Fakultät
für Physik, Technische Universität München — 2 Radiobiologisches Institut, Universität München — 3 Department of Cosmic Research, PhysicalTechnical University St. Petersburg
Neben den Atombombentests sind die militärischen Aufbereitungsanlagen Tscheljabinsk, Tomsk und Krasnojarsk die Hauptquellen für die
Freisetzung radioaktiver Spaltabfälle in der ehemaligen Sowjetunion.
In Hinblick auf eine spätere 131 I-Dosisrekonstruktion in der Umgebung
der AA Tscheljabinsk (Mayak) muß der globale Untergrund an 129 I bestimmt werden. Hierzu wird ein globales Transportmodell für die 129 IAusbreitung vorgestellt. Am Maier-Leibnitz-Labor in Garching wurden
Messungen der 129 I-Konzentration in Seewasserproben mit Beschleunigermassenspektrometrie durchgeführt. Damit läßt sich eine mittlere Deposition im Seengebiet bestimmen und die Qualität des vorgestellten
Transportmodells testen. Die Freisetzungen der Wiederaufbereitungsanlagen in Sellafield und La Hague können die Größenordnung der gemessenen 129 I-Konzentrationen erklären.
129
MS 1.6 Mo 15:15 F 428
Application of 36 Cl for hydrology — •Vitali Lazarev1 , Alexander Blinov2 , Thomas Huber1 , Herbert Reithmeier1 , and Eckehart Nolte1 — 1 Technische Universität München — 2 Technical University, St. Petersburg, Russia
In order to investigate the distribution of the 36 Cl fallout, measurements of the 36 Cl concentration in a number of lakes over the globe were
performed. In dependence on the flushing time (the ratio of volume of
a lake to runoff of its outlet), the main sources of 36 Cl are the natural
production due to cosmic rays and the bomb production due to water
nuclear tests. In central and eastern parts of Europe 36 Cl released by
Chernobyl accident dominates. With help of modeling, it is possible to
distinguish the contributions of these sources.
The sharp form of Chernobyl input allows determination of flushing
times if they are in the range of 2-10 years. It can be seen that theoretical flushing times are typically lower than the renewal times, which are
determined by means of radionuclides. This happens due to the ground
water, which plays an important role in the salt balance. The bomb in-
Massenspektrometrie
Montag
put can be used to study the mixing dynamic in lakes with long flushing
times (e.g. Baikal). The natural production of 36 Cl can be applied to investigate the closure time of salty lakes, which became isolated less than
one million years ago (e.g. Issyk-Kul).
MS 1.7 Mo 15:30 F 428
Kalorimetrische Tieftemperatur-Detektoren für den Einsatz
in der Beschleuniger-Massenspektrometrie — •S. Kraft1,2 ,
V. Adrianov1,2 , A. Bleile1,2 , P. Egelhof1,2 , R. Golser3 , O.
Kisselev1 , W. Kutschera3 , V. Liechtenstein3 , H. J. Meier1 , A.
Shrivastava1,2 , A. Priller3 , P. Steier3 und C. Vockenhuber3
— 1 GSI Darmstadt — 2 Inst. f. Physik, Univ. Mainz — 3 Inst. f.
Isotopenforschung, Univ. Wien
Kalorimetrische Tieftemperatur-Detektoren auf Basis einer supralei-
tenden Al-Mäanderstruktur als Thermistor erreichen für hochenergetische schwere Ionen (Energiebereich 5-1000 MeV/amu) eine relative
Energieauflösung von 2x10−3 . Damit bietet sich ihr Einsatz in der
Beschleunigermassenspektrometrie (AMS) zur Untergrundreduzierung
bzw. Trennung insbesondere schwerer Isotope durch hochauflösende
Energie-/Flugzeitmessung an. Systematische Untersuchungen am 3 MVTandem-Beschleuniger VERA in Wien ergaben im für AMS typischen
Energiebereich von E≤0.3 MeV/amu eine relative Energieauflösung von
∆E/E=6x10−3 für 238 U, was eine Verbesserung von einer Größenordung
gegenüber konventionellen Detektoren darstellt. Erste Ergebnisse eines
Experiments zur Präzisions-Bestimmung des Isotopenverhältnisses von
236
U/238 U in natürlichem Uran werden vorgestellt und Perspektiven diskutiert.
MS 2 Atomfallen und Resonanzionisation
Gruppenbericht
MS 2.1 Mo 16:30 F 428
Wie man mit 81 Kr in einer Atomfalle Ägyptisches Wasser
datiert — •Peter Müller1 , Xu Du1 , Kevin Bailey1 , ZhengTian Lu1 , Iain D. Moore1 , Tom P. O’Connor1 und Linda
Young2 — 1 Physics Division, Argonne National Laboratory, Argonne,
IL. 60439,USA — 2 Chemistry Division, Argonne National Laboratory,
Argonne, IL. 60439,USA
Das langlebige Radioisotope 81 Kr (t1/2 = 2.3 × 105 a) wird bereits seit
einiger Zeit als idealer Tracer angesehen, um sehr altes Grundwasser zuverlässig zu datieren. Bisher war der Nachweis von 81 Kr jedoch aufgrund
der extrem geringen Isotopenhäufigkeit von unter 10−12 relativ zum stabilen Kr sehr schwierig. In einem früheren Pilotversuch konnte die Machbarkeit der 81 Kr-Datierung mittels Beschleuniger-Massenspektrometrie
nur unter erheblichem experimentellen Aufwand gezeigt werden. Wir
haben eine kompakte Methode zum Spurennachweis von 81 Kr entwickelt,
die auf der Verwendung einer magneto-optischen Atomfalle (MOT) basiert. In der MOT werden die 81 Kr Atome aus einem Atomstrahl höchst
selektiv durch Laserlicht eingefangen und mittels Fluoreszenz nachgewiesen. Auf diese Weise ist die Identifikation einzelner Atome zweifelsfrei
möglich. Die Entwicklung der Methode ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass sie auch praktisch angewendet werden kann. Zur Zeit
werden Grundwasserproben aus Ägypten auf ihr Alter untersucht. Erste
Ergebnisse sowie weitere Anwendungsmöglichkeiten der Methode sollen
vorgestellt werden.
MS 2.2 Mo 17:00 F 428
Ultraspurenbestimmung von Uran-236 mittels hochauflösender
Resonanzionisations-Massenspektrometrie — •Philipp Schumann1 , Sergei F. Boulyga2 , Gerd Passler1 , Norbert
Trautmann3 , Annette Schmitt1 und Klaus D.A. Wendt1
— 1 Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz —
2
Zentralabteilung für Chemische Analysen, Forschungszentrum Jülich
— 3 Institut für Kernchemie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Im Gemisch der natürlich vorkommenden Uran-Isotope besitzt 236 U
die geringe Häufigkeit von < 10−12 im Vergleich zu 238 U. 236 U wird
überwiegend durch Neutroneneinfang von 235 U-Atomen gebildet. Im Inventar von kerntechnischen Anlagen kann daher das Isotopenverhältnis
236
U/238 U um viele Größenordnungen gegenüber dem natürlichen
Vorkommen erhöht sein.
Mit dem hochempfindlichen Nachweis
des Isotopenverhältnisses 236 U/238 U ist eine mögliche anthropogene
Uran-Kontamination mit Uran aus dem Kernbrennstoff-Kreislauf
eindeutig von Natururan zu unterscheiden. Studien der Migration von
Kernbrennstoff in der Umwelt, beispielsweise in der Umgebung von
Tschernobyl, wären damit über den direkten Nachweis von 236 U möglich.
Das an der Universität Mainz für den Ultraspurennachweis von
Calcium- und Gadolinium-Isotopen entwickelte Verfahren der hochauflösenden Resonanzionisations-Massenspektrometrie ermöglicht Isotopenselektivitäten von besser als 1012 und soll für den Nachweis von 236 U
angepasst werden. Es werden Untersuchungen zur Atomisierung von
Uran-Proben sowie erste spektroskopische Resultate vorgestellt.
Raum: F 428
MS 2.3 Mo 17:15 F 428
Resonanzionisations-Massenspektrometrie am Plutonium mit
cw-Lasern — •P. Kunz1 , J. Lassen1 , J.V. Kratz2 , G. Huber1 , G.
Passler1 , N. Trautmann2 und D. Bender2 — 1 Institut für Physik,
Universität Mainz, 55099 Mainz, Germany — 2 Institut für Kernchemie,
Universität Mainz, 55099 Mainz, Germany
Zur Ultraspurenanalyse von Plutonium mittels ResonanzionisationsMassenspektrometrie (RIMS) wird in Mainz seit einigen Jahren ein sehr
bewährtes, gepulstes Lasersystem (Titan:Saphir- bzw. Farbstofflaser)
in Kombination mit einem Flugzeitmassenspektrometer eingesetzt. Eine
dreistufige, resonante Laserionisation ermöglicht eine element- und isotopenselektive Bestimmung des Plutoniums. Mit Hinblick auf die Verbesserung von Handhabbarkeit, Selektivität und Effizienz wurde eine neue
RIMS-Apparatur entwickelt, die auf durchstimmbaren cw-Lasern und
einem kommerziellen Quadrupolmassenspektrometer basiert. Um Effizienzverluste bei Resonanzlinienbreiten von unter 100 MHz zu vermeiden, wird ein kollimierter Atomstrahl benötigt. Mit Simulationen und
Experimenten wurden Ausdampfeffizienz und Strahldivergenz eines eigens entwickelten Atomofens untersucht. Zunächst noch mit gepulsten
Lasern wurden umfangreiche Untersuchungen verschiedener, insbesondere für Dioden- und Ti:Sa-Laser geeigneter Ionisationsschemata durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Auffinden besonders effizienter autoionisierender Zustände. Schliesslich werden Messungen mit
einem neuen, verbesserten Lasersystem, bestehend aus zwei Dioden- und
einem cw-Ti:Sa-Laser, vorgestellt. Die Unterschiede zwischen gepulster
und cw-Laseranregung und -ionisation werden diskutiert.
MS 2.4 Mo 17:30 F 428
Isotopenselektive Plutoniumbestimmung in Material- und
Umweltproben — •S. Bürger1 , D. Bender1 , G. Huber2 , J.V.
Kratz1 , P. Kunz2 , G. Passler2 und N. Trautmann1 — 1 Institut
für Kernchemie, Universität Mainz — 2 Institut für Physik, Universität
Mainz
Die Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) ist auf Grund
ihrer hervorragenden Element- und Isotopenselektivität sowie ihrer hohen Empfindlichkeit für die Ultraspurenanalyse von langlebigen Radionukliden sehr gut geeignet. Für die Routineanalytik von Plutonium wird
ein Nd:YAG / Titan-Saphir-Lasersystem benutzt. Bei einer Gesamteffizienz der RIMS-Apparatur von ≥ 1·10−5 erreicht man eine Nachweisgrenze
von 106 − 107 Atomen Plutonium, verbunden mit einer eindeutigen Isotopenzuordnung. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radiochemie
der TU Mün chen wurden der Gehalt und die Isotopenzusammensetzung
von Plutonium in Urangeschossen des Kosovo-Types bestimmt. Für das
Ministerium für Umwelt und Forsten bzw. das Landesamt für Wasserwirtschaft Rheinland-Pfalz wurden Grund-, Oberflächen- und Abwasserproben auf ihren Plutoniumgehalt hin untersucht. Zur Untersuchung des
Migrationsverhaltens von Plutonium in Granit wurde Grimsel Grundwasser mit Pu-242 bzw. Pu-244 markiert und zu verschiedenen Zeiten
Proben entnommen. Laufende RIMS-Messungen sollen Aufschluß über
die Migration des Markerisotops geben.
Massenspektrometrie
Dienstag
MS 3 Poster
MS 3.1 Di 16:30 Lichthof
Design einer hochselektiven Kombination aus Laserionenquelle und Ionenfalle für on-line Anwendungen — •Kim Brück1 ,
Christopher Geppert1 , Katja Will1 , Gerd Passler1 , Klaus
Wendt1 , Manas Mukherjee2 , H.-Jürgen Kluge2 und Klaus
Blaum3 — 1 Institut für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz —
2
GSI, 64291 Darmstadt — 3 CERN, CH-1221 Geneva 23, Switzerland
Es wird ein neuartiger Typ einer Ionenquelle für den Einsatz an online Massenseparatoren wie etwa ISOLDE, CERN, entwickelt, der die Laserionisation mit einer Radiofrequenzquadrupolfalle (RFQ) kombiniert.
Vorteil dieser Anordnung ist die geometrische Entkopplung der Ionisation
von der Produktion der Atome, wobei durch Installation einer Repellerelektrode zwischen Atomisator und Falle unerwünschte Oberflächenionen
weitestgehend unterdrückt werden. Neutrale Atome werden emittiert,
innerhalb der Ionenfalle mit Laserlicht selektiv resonant ionisiert, durch
Puffergasstösse gekühlt, gespeichert und als Ionenpuls extrahiert. Simulationen zeigen, dass eine Unterdrückung von Isobaren, verglichen
mit existierenden Ionenquellentypen, um mehrere Größenordnungen ohne
drastische Effizienzeinbussen möglich ist. Außerdem wird eine Reduktion
der Emittanz und eine zeitliche Strukturierung des Ionenstrahls prognostiziert, die für viele Folgeexperimente vorteilhaft ist. Vorgestellt werden
der Status der Entwicklung sowie erste Testmessungen.
Investigation of ion cooling in a gas-filled RF-quadrupole — •S.
Elisseev1 , A.F. Dodonov2 , H. Geissel3 , G. Münzenberg3,4 , Y.N.
Novikov5 , W. Plaß1 , C. Scheidenberger3 , and Z. Wang1,3 —
1
Justus-Liebig Universität, II. Physikalisches Institut, 35392 Giessen —
2
InEPCP Chernogolovka, Russia — 3 GSI, 64291 Darmstadt — 4 Johannes
Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Physik, 55128 Mainz — 5 PNPI
St. Petersburg, Russia
The cooling and storage properties of a gas-filled radio-frequency
quadrupole (RFQ) have been examined. The RFQ is coupled to a timeof-flight mass spectrometer with orthogonal extraction (Ortho-TOF MS),
which will be used for mass measurements of exotic nuclei.The RFQ is
used in two modes: in bunch mode the ions are accumulated and stored
in the RFQ, in continuous mode the ions pass through the RFQ. In
both modes the ion motion is cooled down to almost thermal energy of
the buffer gas. An extensive investigation of the RFQ operated in both
modes has been performed. For continuous and bunch modes the energy
distribution of ions in the RFQ vs. pressure of the buffer gas, amplitude
of the RF-field and number of the ions in the RFQ have been measured.
In bunch mode, the properties of the trap, such as the maximum number
of ions that can be stored and the survival time of ions in the trap vs.
impurity level in the RFQ have been investigated. It has been shown that
up to 2 ∗ 105 Cs -ions can be stored for up to 500 ms, which is sufficient
to reach good cooling perfomance. As a result of the study the optimised
working conditions for the RFQ have been found.
Laser Desorption/Ionization Cluster Studies for Calibration
in Mass Spectrometry — •Klaus Blaum1 , H.-Jürgen Kluge2 ,
Gerhard Huber3 , and Lutz Schweikhard4 — 1 CERN, Division
EP-IS, 1211 Geneva 23, Switzerland — 2 Institut für Physik, Johannes
Gutenberg-Universität Mainz, 55099 Mainz, Germany — 3 GSI, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany — 4 Institut für Physik, ErnstMoritz-Arndt-Universität Greifswald, Germany
Precise mass calibration is mandatory in many fields of mass spectrometry. Atomic clusters are the mass references of choice for this purpose.
We have performed laser desorption/ionization cluster studies with a
MALDI-TOF mass spectrometer on fullerene and gold targets to produce atomic clusters for the mass range up to 240 u (Cn , n ≤ 20) and up
to 10 000 u (Aun , n ≤ 50). Pulsed N2 -laser and Nd:YAG-laser ablation
was used to produce positively as well as negatively charged clusters.
Earlier observations of dianionic metal clusters are confirmed [1]. First
results from the tandem Penning trap mass spectrometer ISOLTRAP at
the on-line isotope separator ISOLDE/CERN using carbon clusters as
mass references show how carbon clusters can be applied to precision
mass spectrometry on short lived nuclides by providing absolute mass
standards [2].
[1] C. Stoermer, J. Friedrich, M. M. Kappes, Int. J. Mass. Spectrom.
Raum: Lichthof
206, 63 (2001).
[2] A. Kellerbauer, K. Blaum, G. Bollen, F. Herfurth, H.-J. Kluge, M.
Kuckein, E. Sauvan, C. Scheidenberger, L. Schweikhard, Eur. Phys. J.
D, in print (2002).
Kovalent und van-der-Waals gebundene C60 -Cluster in der
Gasphase — •Nikola Malinowski, Axel Enders, Dmitrij Ievlev und Klaus Kern — Max-Planck-Institut für Festkörperforschung,
Heisenbergstraße 1, 70569 Stuttgart, Germany
Mit Hilfe der Flugzeit-Massenspektrometrie wurde die thermische Stabilität von (C60 )n -Clustern in der Gasphase untersucht. Aus Massenspektren von reinem C60 als Funktion der Clustertemperatur konnten die Zerfallstemperaturen von C60 -Dimeren und Trimeren zu Tn=2 = 189K und
Tn=3 = 270K bestimmt werden. Diese niedrigen Zerfallstemperaturen
resultieren aus einer schwachen intermolekularen C60 -Wechselwirkung.
Im Gegensatz dazu beobachten wir das Auftreten von stark gebundenen
C60 -Dimeren und Trimeren in den Spektren oberhalb von 600 K, wenn in
der Clusterquelle Barium zusätzlich zum C60 verdampft wird. Während
Ba bei niedrigeren Temperaturen wahrscheinlich zur Polymerbildung beiträgt, unterstützt es bei höheren Temperaturen offenbar als Katalysator
die Bildung thermisch stabiler, kovalenter Bindung von C60 -Molekülen.
Time-resolved kinetic energy releases in propane — •S. MattLeubner, K. Gluch, J. Fedor, A. Stamatovic, R. Parajuli, P.
Scheier, M. Probst, O. Echt, C. Lifshitz, and T.D. Märk —
Institut für Ionenphysik, Technikerstr. 25, A-6020 Innsbruck
Applying a three sector field mass spectrometer (BEE geometry)
metastable decay reactions of the singly charged parent ion C3 H8+ and
a doubly charged fragment C3 H52+ were studied in two field free regions
by MIKE scan technique. Thereby it is possible to determine the kinetic
energy release (KER) distribution in two different time windows after
the ion formation (electron impact ionization of propane). The time dependence of the average KER for the hydrogen abstraction from C3 H8+
is nicely reproduced by Finite Heat Bath Theory. The experimentally
determined KER for the splitting of the C3 H52+ in two singly charged
ions C2 H2+ and CH3+ agrees well with the results of high level ab initio
quantum chemical calculations and indicates that essentially all energy
available in the reaction is partitioned into kinetic energy.
Effects of internal energy for surface induced dissociation —
•A. Qayyum, T. Tepnual, W. Schustereder, L. Feketeova, C.
Mair, S. Matt-Leubner, Z. Herman, P. Scheier, and T.D. Märk
— Institut für Ionenphysik, Technikerstr. 25, A-6020 Innsbruck
The effect of initial internal energy of small polyatomic ions on the
extent of surface-induced fragmentation was investigated. Small hydrocarbon ions were prepared running a gas discharge Colutron source in a
hydrogen-methane mixture. These ions turn out to be relaxed in collisions and possess little or no internal energy. The same ions were then
formed by electron impact in a low-pressure Nier-type source thereby
having internal energies up to about 1 eV. The different internal energy
content of the projectile ions had a considerable effect on the extent of
fragmentation upon surface collision due to the fact that the initial internal energy of the projectile ions is entirely preserved during the surface
collision. Moreover, HD2+ formed in the Colutron source turns out to
preserve rotational energy that finally determines the decomposition of
the molecule into D + + HD or H + + D2 upon surface collision.
Electron impact ionization of and dissociative electron attachment to CHF2 Cl — •Peter Cicman, Andrzej Pelc, Wolfgang
Sailer, Krzysztof Gluch, Stefan Matejcik, Paul Scheier, and
Tilmann Märk — Institut für Ionenphysik, Technikerstr. 25, A-6020
Innsbruck
We present results of a crossed electron/molecule beams study concerning positive and negative ion formation of CHF2 Cl. In the case of
cations the ionization energy of the parent ion is higher than the ionization energy of the most abundant positive fragment ion, the CHF2+
Massenspektrometrie
Dienstag
ion. Using the same instrument (trochoidal electron monochromator and
quadrupole MS) dissociative electron attachment (DEA) was studied in
the electron energy range from about 0 to 10 eV at a gas temperature
of 300 K. For four fragment anions (Cl − , F − , CClF − and CF2− ) that
were observed partial absolute cross sections for DEA to CHF2 Cl were
obtained. From these cross section functions the total rate coefficient at
room temperature was derived.
MS 4 Ionenfallen und Präzisionsmassenspektrometrie
MS 4.1 Do 14:00 F 428
The tricky LIST - Laser Ion Source Trap — •Manas Mukherjee1 , Klaus Blaum2 , Kim Bruek3 , Christopher Geppert3 ,
H.-Juergen Kluge1 , Gerd Passler3 , Stefan Schwarz4 , Katja
Will3 , and Klaus Wendt3 — 1 GSI Darmstadt, Planckstrasse 1,
64291 Darmstadt, Germany — 2 CERN, Division EP-IS, 1211 Geneva
23, Switzerland — 3 Inst. f. Physik, Johannes Gutenberg-Universitaet,
55099 Mainz, Germany — 4 NSCL, Michigan State University, East
Lansing MI 48824-1321, USA
To improve the quality and to increase the intensity of radioactive ion
beams (RIBs) are the major tasks for any RIB facility. For on-line isotope separator type set-ups, this improvement can either come from the
advancement in the target or the ion source technology. Over the years
numerous developments and improvements have been made for this purpose equally on the side of the target as well as the ion source. Due
to the outstanding properties concerning isobaric and isotopic selectivity
of RILIS, it has by now become a leading technology, applying highly
reliable laser systems and delivering intense and rather pure beams of
selected radionuclides for a multitude of elements. As a new refined version of this ion source type the laser ion source trap (LIST) has been
proposed and a prototype building is underway. Introducing surface ion
suppression, this novel ion source combines the advantages of RILIS with
ion beam trapping and cooling in a segmented linear quadrupole ion trap.
The principle of LIST as well as its present status and future plans will
be presented.
MS 4.2 Do 14:15 F 428
Statusbericht und herausragende Ergebnisse des PenningfallenMassenspektrometers ISOLTRAP — •F. Herfurth1 , G. Audi2 ,
D. Beck3 , K. Blaum1 , G. Bollen4 , A. Kellerbauer5 , H.-J. Kluge3 , D. Lunney2 , R.B. Moore6 , D. Rodríguez3 , S. Schwarz4 ,
L. Schweikhard7 , G. Sikler3 , C. Weber3 und die ISOLDEKollaboration1 — 1 CERN, Geneva — 2 CSNSM, Orsay — 3 GSI,
Darmstadt — 4 NSCL, East Lansing — 5 LMU, Munich — 6 McGill Univ.,
Montreal — 7 EMAU, Greifswald
ISOLTRAP ist ein Pennigfallen-Massenspektrometer das am On-Line
Massenseparator ISOLDE am CERN in Genf installiert ist. Die kürzlich
deutlich gesteigerte Effizienz sowie die weiter verbesserte Genauigkeit
machen ISOLTRAP zum weltweit führenden Experiment für hochpräzise
Massenmessungen an kurzlebigen Nukliden, bedeutend z.B. für den Test
eines Teils des Standard Modells mit Hilfe von übererlaubten Betazerfällen. Die Effizienz ist durch den Einbau eines linearen, Puffergas gefüllten Radiofrequenzquadrupols zum Einfang und Kühlen der
ISOLDE-Ionen um mehrere Größenordnungen verbessert worden. Das
ermöglicht Massenmessungen an Nukliden, von denen nur einige hundert
pro Sekunde produziert werden, wie z.B. 32 Ar, oder deren Halbwertszeit
nur etwa 50 ms beträgt, wie z.B. 74 Rb. Durch systematische Magnetfeldkalibrierung mit Kohlenstoffclusterionen verschiedener Größe wurden die
bei einer Massenmessung beteiligten Unsicherheiten charakterisiert. Es
wurde erstmals eine obere Grenze für den systematischen Fehler experimentell bestimmt. Das erlaubte die Massenbestimmung von 34 Ar mit
einem relativen Fehler von nur 1.1 · 10−8 .
MS 4.3 Do 14:30 F 428
The Penning trap mass spectrometer of the SHIPTRAP facility — •S. Rahaman1 , F. Attallah1 , D. Beck1 , M. Block1 , H.-J.
Kluge1 , G. Marx2 , M. Mukherjee1 , W. Quint1 , D. Rodriguez1 ,
G. Sikler1 , S. Stahl1 , M. Tarisien1 , and C. weber1 for the SHIPTRAP collaboration — 1 GSI,Darmstadt — 2 EMAU,Greifswald
The ion trap facility SHIPTRAP at GSI is installed behind SHIP for
a broad scientific program such as precision mass measurements, nuclear spectroscopy, study of chemical reactions and laser spectroscopy of
super-heavy radionuclides. SHIPTRAP consists of three parts. The first
one is a gas-filled cell, for stopping energetic ions. The second part, the
RFQ-buncher, cools and accumulates ions by buffer gas collisions. The
Raum: F 428
third part, a Penning trap system, consists of two cylindrical Penning
traps in one superconducting magnet with B=7 Tesla. The first trap is
for purification of the ions applying the method of mass-selective buffer
gas cooling. In the second one precision mass measurement will be performed. The talk will present the status of the Penning traps and report
on the performance of the set-up.
MS 4.4 Do 14:45 F 428
Ionenchemie in einer Puffergaszelle — •Achim Dretzke1 ,
Hartmut Backe1 , Till Kolb1 , Gero Kube1 , Werner Lauth1 ,
Michael Sewtz1 , Gerald Gwinner2 , Roland Repnow2 , Dirk
Schwalm2 , Petra Thörle3 und Norbert Trautmann3 —
1
Institut für Kernphysik, Universität Mainz — 2 Max-Planck-Institut für
Kernphysik, Heidelberg — 3 Institut für Kernchemie, Universität Mainz
Zur Vorbereitung von Experimenten zur Ionenchemie an TransEinsteinium-Elementen im Rahmen des SHIPTRAP-Projektes bei
der GSI in Darmstadt wurden Messungen an chemischen Homologen
durchgeführt. Dazu wurden in einer Fourier-Transform-Ion-CyclotronResonance-Apparatur (FT-ICR) ionenchemische Reaktionen des
Elements Erbium mit Sauerstoff, Methan und Butylen gemessen und
deren Reaktionskonstanten bestimmt. Diese Experimente wurden in
einer mit Edelgas gefüllten Puffergaszelle wiederholt. Dabei wurden
– ähnlich wie bei den geplanten Experimenten an Trans-EinsteiniumElementen – Erbiumionen in der Zelle abgestoppt, so dass sie mit
dem im ppm-Bereich beigefügten Reaktionsgas reagieren konnten. Mit
einem Quadrupolmassenspektrometer wurden die Ionen massenselektiv
nachgewiesen. Der Vergleich der Messungen in der Puffergaszelle
mit den (wohldefinierten) Messungen in der FT-ICR zeigt, dass die
Untersuchungen chemischer Reaktionen in einer Puffergaszelle möglich
sind.
Gefördert durch BMBF (06 MZ959I) und GSI-Hochschulprogramm
(MZ-BAC)
MS 4.5 Do 15:00 F 428
FT-ICR: ein zerstörungsfreier Nachweis für schwere Radionuklide an SHIPTRAP — •C. Weber1 , F. Attallah1 , D. Beck1 , M.
Block1 , H.-J. Kluge1 , G. Marx2 , M. Mukherjee1 , W. Quint1 ,
S. Rahaman1 , D. Rodriguez1 , G. Sikler1 und S. Stahl1 für die
SHIPTRAP-Kollaboration — 1 GSI, 64291 Darmstadt — 2 Ernst Moritz
Arndt Universität, 17487 Greifswald
Mit dem SHIPTRAP-Experiment an der GSI Darmstadt sollen vom
Geschwindigkeitsfilter SHIP gelieferte Fusionsprodukte als gekühlte und
isobarenreine Proben für Untersuchungen zur Verfügung gestellt werden. SHIPTRAP besteht aus einer Gaszelle zum Stoppen der Ionen,
einem linearen Radiofrequenz-Quadrupol zum Akkumulieren der Ionen
und einem Doppel-Penningfallensystem zur Isobarentrennung sowie für
Präzisionsmassenbestimmungen. Die niedrigen Erzeugungsraten für superschwere Kerne stellen jedoch eine Limitierung dar, die den Einsatz der
bislang angewandten Nachweismethode über die Flugzeit unpraktikabel
macht. Zur Identifikation der in der ersten Penningfalle gespeicherten
Ionen soll ein breitbandiger FT-ICR-Nachweis (FouriertransformationsIonenzyklotronresonanz) benutzt werden. Nach dem Transfer der selektierten Ionen in die zweite Falle erfolgt ein hochsensitiver, schmalbandiger
Nachweis mit einem supraleitendem Nachweissystem.
Massenspektrometrie
MS 4.6 Do 15:15 F 428
Ein Flugzeitmassenspektrometer zur direkten Massenmessung
von exotischen Nukliden — •Wolfgang R. Plaß1 , Alexander
F. Dodonov2 , Serguei A. Elisseev1 , Hans Geissel1,3 , Gottfried
Münzenberg3,4 , Yuri N. Novikov5 , Christoph Scheidenberger3
und Zheng Wang1,3 für die SHIPTRAP-Kollaboration — 1 II. Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen, 35392 Gießen —
2
Institute for Energy Problems of Chemical Physics, Russian Academy
of Sciences, 142432 Chernogolovka, Russia — 3 Gesellschaft für Schwerionenforschung, 64291 Darmstadt — 4 Institut für Physik, Johannes
Gutenberg-Universität Mainz, 55128 Mainz — 5 St. Petersburg Nuclear Physics Intitute, 188350 Gatchina, Russia
Ein neues Flugzeitmassenspektrometer soll zur Identifikation und Massenmessung von exotischen Nukliden an der SHIPTRAP Anlage und am
FRS Ion-Catcher an der GSI eingesetzt werden. Durch die Verwendung
der schnellen Flugzeittechnik soll es möglich werden, insbesondere sehr
kurzlebige Nuklide (Halbwertszeit ∼ 10 ms) zu untersuchen. Fusionsreaktionsprodukte vom SHIP bzw. Projektil- und Spaltfragmente vom FRS
werden in einer Gaszelle abgestoppt, extrahiert, durch Puffergasstöße in
einem Radiofrequenz-Quadrupol gekühlt und akkumuliert und im Flugzeitmassenspektrometer analysiert. Die Kühl- und Speichereigenschaf-
Donnerstag
ten des Radiofrequenzquadrupols wurden gemessen und die Leistungsdaten des Flugzeitmassenspektrometers wurden untersucht. Die Massenauflösung beträgt bis zu 20000 für Bleiisotope, die Massengenauigkeit
1 ppm, entsprechend 200 keV.
MS 4.7 Do 15:30 F 428
Untersuchungen zur Ionenspeicherung in einer Hochfrequenzfalle — •Markus Eritt, Gerrit Marx und Lutz Schweikhard
— Inst. f. Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Domstr.10a, 17489
Greifswald
Vorgestellt werden Untersuchungen zur Speicherung von Helium, Stickstoff- und Argonionen in einer hyperbolischen HochfrequenzIonenfalle (Paulfalle). Dazu wurde das Speicherverhalten als Funktion
der charakteristischen Fallenparameter beobachtet. Neben den Grenzen
des stabilen Bereichs wurden verschiedene weitere Instabilitäten ausgemessen. Darüber hinaus wurden zusätzliche Hochfrequenzsignale angewendet, um die Ionenbewegungen anzuregen. In Resonanz werden die
Ionen aus der Falle ausgeworfen, wodurch sich die Intensität des danach
nachgewiesenen Ionensignals verringert. Die beobachteten Resonanzen
entsprechen charakteristischen Kombinationen der Makrofrequenzen und
der Führungsfeldfrequenz.
MS 5 Massenspektrometr. Verfahren und Entwicklungen
Raum: F 428
MS 5.1 Do 16:30 F 428
Ionentrajektorien in einem elektrostatischen Quadrupolfeld —
•Katja Will, Christopher Geppert und Klaus Wendt — Institut für Physik, Universität Mainz
Für viele Anwendungen ist die Bestimmung von Isotopenverhältnissen
seltenster Isotope im Bereich unterhalb von 10−10 von großer Bedeutung.
Am Institut für Physik, Universität Mainz, wird ein Verfahren zur Ultraspurenanalyse mittels der Resonanzionisations-Massenspektrometrie
(RIMS) entwickelt. Dabei kommen schmalbandige Diodenlaser zur hochselektiven optischen Anregung und Ionisation in Kombination mit einem
Quadrupolmassenfilter zum Einsatz. Um Isotopenverhältnisse in dynamischen Bereichen von vielen Größenordnungen an kleinsten Probenmengen messen zu können, ist zusätzlich eine hohe Effizienz und gute
Untergrundunterdrückung notwendig. Derzeit limitiert Untergrund von
neutralen Atomen anderer Elemente sowie von Rydberg-Atomen des gesuchten Elements die Nachweisgrenze auf etwa 10−13 .
Zur weiteren Untergrundreduzierung werden die gesuchten Resonanzionen von den neutralen Atomen durch eine elektrostatische Umlenkung
mit einem elektrischen Quadrupolumlenker, wie er in [1] theoretisch beschrieben wird, getrennt. Die Eigenschaften des Umlenkers sowie der
Transport des Ionenstrahls durch das Gesamtsystem bestehend aus Ionenoptik, Umlenker und Quadrupolmassenfilter wurde in Simulationsrechnungen mit dem Programm SIMION 3D untersucht und für die hochauflösende RIMS optimiert. Simulationsergebnisse und experimentelle
Studien werden vorgestellt.
[1] H. D. Zeman, Rev. Sci. Instrum. 48, 1079-1085 (1977)
MS 5.3 Do 17:00 F 428
Detektion und Charakterisierung individueller Bioaerosolteilchen mittels Bioaerosol-Massenspektrometrie — •Matthias
Frank1 , Eric Gard1 , David Fergenson1 , Maurice Pitesky1 ,
Herb Tobias1 , Paul Steele1 , Abneesh Srivastava1 , Keith Coffee1 , Joanne Horn1 , Carlito Lebrilla2 , Gregg Czerwieniec2
und Scott Russel2 — 1 Lawrence Livermore National Laboratory,
USA — 2 University of California Davis, USA
Wir haben ein Bioaerosol-Massenspektrometer entwickelt, das einzelne
biologische Aerosole, wie z.B. in der Luft schwebende bakterielle Sporen,
analysieren kann. Das System saugt Teilchen direkt aus der umgebenden Luft in ein bipolares Flugzeitmassenspektrometer. Die Grösse der
einfallenden Teilchen wird mit zwei cw Laserstrahlen und dem von Teilchen gestreuten Licht erfasst. Ein zeitlich entsprechend abgestimmeter
Laserpuls eines Nd:YAG Lasers (266 nm) desorbiert und ionisiert Moleküle eines einfallenden Teilchens beim Erreichen der Ionenquelle des
Massenspektrometers. Flugzeitspektren sowohl von positiven als auch
negativen Ionen, die vom betreffenden Teilchen stammen, werden dabei
gleichzeitig aufgenommen und können instantan klassifiziert werden. Unsere Messungen, die an verschiedenen aerosolisierten bakteriellen Sporen
und anderen Aerosolen vorgenommen wurden zeigen, dass unser System anhand der von individuellen Partikeln in komplexen Mischungen
erhaltenenen Massenspektren zwischen bakteriellen Sporen und anderen
biologischen oder nichtbiologischen Teilchen unterscheiden kann. Neuere
Fortschritte deuten auch die Möglichkeit an, damit einzelne bakterielle
Sporen verschiedener Spezies voneinander unterscheiden zu können.
MS 5.2 Do 16:45 F 428
Erste Ergebnisse einer neuen Laserablationsionenquelle für
Kohlenstoff-Cluster — •Zheng Wang1,2 , Serguei Elisseev1 ,
Hans Geissel1,2 , Gottfried Münzenberg2,3 , Wolfgang Plaß1
und Christoph Scheidenberger2 — 1 II. Physikalisches Institut,
Justus-Liebig-Universität Gießen, 35392 Gießen — 2 GSI, 64291
Darmstadt — 3 Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität
Mainz, 55128 Mainz
Zur Kalibrierung eines Flugzeitmassenspektrometers zur Massenmessung von exotischen Nukliden wurde eine neue Laserablationsionenquelle
für Kohlenstoff-Cluster entwickelt. Die Quelle besteht aus einem Target
aus Fullerenen (C60 ), einer Vakuumkammer und einem gepulsten Lasersystem (Nd:YAG Laser). Bei der Ablation werden zahlreiche KohlenstoffCluster gebildet, die einen großen Massenbereich überdecken und eine
präzise Kalibrierung des Massenspektrums erlauben. Eine relative Massengenauigkeit von 1 bis 3 ppm im Massenbereich von 20 bis 720 amu
wird erreicht.
Erste Messungen zum Testen der Quelle wurden bei verschiedenen Laserleistungen durchgeführt. In diesem Beitrag wird auf die technische
Realisierung der Quelle eingegangen und die Ergebnisse werden der Messungen erläutert.
MS 5.4 Do 17:15 F 428
Initial velocity studies with simultaneous positive and negative
delayed extraction of ions produced by in-flight LDI of nonimpacted aerosol particles — •Cesar Costa Vera, Achim Trimborn, Klaus-Peter Hinz, and Bernhard Spengler — JustusLiebig-Uni. Giessen, Inst. of Inorg. and Analyt. Chem., Schubertstr.
60, D-35392, Giessen
Delayed ion extraction (DE) has been implemented in a LDI TOF
mass spectrometer for bipolar on-line analysis of aerosols (LAMPAS 2),
for both ion polarities. [1, 2] The parameters of DE (extraction voltage
and delay), give valuable information about the initial velocities of the
ions. We described before the spectral characteristics related to DE of
the positive ions from LATEX aerosols obtained in DE experiments.[2].
It was suggested that, under our conditions, a full evaporation of aerosol
particles does not occur, and that the ions expand against the incoming
ablating laser beam. We also found systematic differences in the behaviour of different hydrocarbon-related ionic clusters: Cn+, CnHm+.
We will present results for the negative ions, and discuss the experimental data, in the context of the dynamics of the expansion of the ion
cloud produced by LDI from non-impacted aerosols.
[1] A. Trimborn, K.-P. Hinz, and B. Spengler, Aeros. Sci. Tech. 33
Massenspektrometrie
Donnerstag
(2000) 191
[2] C. Costa Vera, A. Trimborn, K.-P. Hinz, and B. Spengler, Desorption 2002, Estes Park, CO, USA, Sept. 1-5, 2002
Wellenlänge von 300 nm bis 330 nm zuläßt. Als Matrixsubstanzen wurden 2,5-Dihydroxybenzoesäure und α-Cyano-4-hydroxyzimtsäure verwendet.
MS 5.5 Do 17:30 F 428
Ortsaufgelöste Elementanalytik mittels Laserdesorption, Resonanzionisation und Flugzeitmassenspektrometrie — •Jochen
Maul1 , Klaus Eberhardt2 , Gerhard Huber1 , Sergej Karpuk1 , Klaus-Jürgen Kott1 , Gert Passler1 , Norbert Trautmann2 und Klaus Wendt1 — 1 Institut für Physik, Staudingerweg 7 —
2
Institut für Kernchemie, Fritz-Strassmann-Weg 2, Johannes GutenbergUniversität, 55128 Mainz
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines ortsaufgelösten, elementspurenanalytischen Verfahrens auf der Basis eines kommerziellen
MALDI-TOF-Massenspektrometers. Eine wichtige Voraussetzung für
den eindeutigen Nachweis eines Elementes mit Angabe der Isotopenzusammensetzung ist eine selektive und effiziente Ionisation; sie wird durch
die Optimierung des Desorptionsprozesses, sowie durch laserresonante
Ionisation des bei der Desorption erhaltenen atomaren Neutralanteils
mit einem gepulsten Farbstofflasersystem erreicht.
Im Rahmen der methodischen Entwicklung wurden eine Reihe atomspektroskopischer Untersuchungen durchgeführt. Die gepulste Lasertechnik konnte für Untersuchungen zur Kinematik Desorptionsprozesses eingesetzt werden. Die hauptsächlich mit Gadolinium erhaltenen analytischen und atomphysikalischen Resultate werden vorgestellt.
MS 5.7 Do 18:00 F 428
Pickup und Ionisierung von Oligopeptiden mittels ClusterOberflächen-Stößen — •C. R. Gebhardt, A. Tomsic, F. Eusepi,
H. Schröder und K.-L. Kompa — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, D-85748 Garching
Die Bereitstellung biologischer Moleküle als Gasphasen-Ionen für die
Massenspektrometrie wird gegenwärtig mittels MALDI und Elektrospray
realisiert. Alternativ stellen wir hier eine auf niederenergetischen ClusterOberflächen-Stößen beruhendes Verfahren vor, bei dem die zu analysierende Moleküle direkt von einer Oberfläche bei gleichzeitig erfolgender
Ionisierung in die Gasphase überführt werden. Am Beispiel kleinerer
Oligopeptide diskutieren wir die der Methode zugrunde liegende ClusterStoß-Desorption und den Ionisierungsmechanismus.
MS 5.6 Do 17:45 F 428
Untersuchung zur Abhängigkeit des MALDI-Effekts von der
Wellenlänge im Bereich von 300 nm bis 330 nm — •Theo Hoyer
und Wilfried Tuszynski — Fachbereich Physik, Carl von OssietzkyUniversität, D-26111 Oldenburg
Um mit Hilfe der Matrix-unterstützten Laserdesorption/-ionisation
(MALDI) Biomoleküle ionisiert in die Gasphase überführen zu können,
werden im allgemeinen Laser verwendet, deren Emission entweder im
nahen UV oder im nahen IR liegt. Die zur Ablation erforderliche Energiedichte in der Probe wird demnach entweder über die Anregung von
Valenzelektronen der Matrixsubstanz oder über die Anregung von Streckschwingungen erzeugt. Für die UV-MALDI werden hauptsächlich der
Stickstofflaser (λ = 337 nm) oder der Nd:YAG-Laser mit Frequenzverdreifachung (λ = 355 nm) eingesetzt, die beide ein im Vergleich zur Absorptionsbande der Matrix schmales Verstärkungsprofil besitzen. In diesem Beitrag wird eine Untersuchung der Wellenlängenabhängigkeit des
MALDI-Effekts im UV-Bereich vorgestellt. Dazu wurde ein FarbstoffLasersystem eingesetzt, das eine kontinuierliche Variation der Laser-
MS 5.8 Do 18:15 F 428
SSMS assessment of carbon contents in silicon single crystals
— •Bernhard Wiedemann1 , Joerg Dieter Meyer1 , and Hans
Christian Alt2 — 1 Institute for Nuclear Physics, Johann Wolfgang
Goethe-Universitaet, August-Euler-Str. 6 — 2 FHM - Munich University
of Applied Sciences, P.O. Box 200113
Residual carbon concentration in single crystalline silicon were investigated by use of a modernized spark source mass spectrometer, type
21−110, with ion-sensitive Q plate detection, photometric data acquisition and evaluation. The CPAA (by 12 C(d,n)13 N nuclear reaction) calibrated SSMS measurements of carbon concentrations are evaluated with
a relative sensitivity coefficient of rsc = [C]ssms / [C]cpaa of 0.77 ± 0.04
(2σrsc ) by use of the singly charged ions of the major isotope, 12 C, and selected singly and multiply charged ions of the minor silicon isotopes, 29 Si
and 30 Si. This SSMS method allows to measure quantitatively the carbon concentration in silicon above a detection limit of 5 ppb atomic. The
reliability of measurements has been proven in the concentration range
below 200 ppb atomic by the expected relationship between the carbon
concentration [C]solid and the solidified fraction g during the Czochralski
crystal growth along the axis of a silicon single crystal. A nonlinear regression of the Scheil equation [C]solid = k0 × [C]melt0 × (1 − g)k0 −1 gives
k0 × [C]melt0 = (31 ± 3) ppb atomic and 1 − k0 = 0.93 ± 0.05 for five
samples and 0.04 ≤ g ≤ 0.85. Comparative measurements were also carried out by the FTIR method to investigate the conversion coefficient for
the absorption coefficient of carbon, 12 C, for the local vibrational mode
absorption band at wavenumber 607.5 cm−1 (77 K).
Molekülphysik
Tagesübersichten
MOLEKÜLPHYSIK (MO)
Prof. Dr. Martina Havenith-Newen
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II
Ruhr-Universität-Bochum
Universitätsstraße 150
44780 Bochum
(Hörsäle B 302, B 305, F 442, E001 und Poster Lichthof Empore)
Hauptvorträge
MO I
Mo
MO II
Mo
MO III
Mo
MO IV
Di
MO V
Di
MO VI
Do
MO VII
Do
MO VIII
Do
MO IX
Do
MO X
Fr
11:00 (B 305) Laserinduzierte Flüssigstrahldesorption von großen Biomolekülen und ihren Komplexen: Mechanismus, Anwendungen und analytisches Potential,
Bernd Abel, Ales Charvat, Manfred Faubel
11:30 (B 305) Entwicklung und Anwendung linear skalierender Ab-initio-Methoden f ür
die Berechnung großer Moleküle, Christian Ochsenfeld
12:00 (B 305) Wassercluster mit Metallionen: Messung und Modell im Vergleich,
Gereon Niedner-Schatteburg, Bjoern Reinhard,
11:00 (B 305) Kurzzeitdynamik von Metallclustern in ultrakalten Heliumtropfen,
J. Tiggesbäumker, T. Döppner, Th. Diederich, Th. Fennel, P. Radcliffe, S. Teuber, K.-H. Meiwes-Broer
11:30 (B 305) Breitband-Methoden der optischen Femtosekunden-Spektroskopie,
Nikolaus P. Ernsting
11:00 (B 305) Elektroneninduzierte Prozesse in freien und gebundenen Molek ülen,
Eugen Illenberger
11:30 (B 305) Chemistry with Electrons: Modification of Surfaces and Thin Films,
Petra Swiderek
12:00 (B 305) Resonanz- und Schwellenphänomene bei der niederenergetischen Elektronenanlagerung an Moleküle und Cluster, Martin-W. Ruf
12:30 (B 305) Inelastische Stoßprozesse langsamer Elektronen mit Molek ülionen,
A. Wolf, S. Krohn, H. Kreckel, L. Lammich, M. Lange, D. Schwalm, D. Strasser, D.
Zajfman
11:00 (B 305) Photoinduzierte Konformationsdynamik in zyklischen Peptiden,
Josef Wachtveitl
Montags findet ein Symposium des FV MO zum Thema: Biologische Moleküle in der Gasphase (Leitung: Prof. Dr. Kleinermanns) statt. Donnerstags findet ein gemeinsames Minisymposium mit dem FV A statt. Der Titel lautet: Dynamik
niederenergetischer Elektronenstossprozesse an Molekülen, Clustern und dünnen Schichten (Leitung: Prof. Dr. Hotop). Die
Sitzungen zum Thema Femtosekundenspektroskopie sind teilweise gemeinsame Sitzungen der FV MO und Q. Die Mitgliederversammlung findet am Di., 25.03.2003 um 12.00 Uhr im Anschluss an die Hauptvorträge statt.
Fachsitzungen
MO 1 Elektronische Übergänge
MO 2 Chemische Reaktionen, Energietransfer
MO 3 Nichtlineare Femtosekunden-Effekte (gemeinsame
Sitzung mit FV Q)
Mo 14:00–16:00
Mo 16:30–18:15
Mo 15:00–16:00
B 302
B 302
E001
MO 1.1–1.8
MO 2.1–2.7
MO 3.1–3.4
Molekülphysik
MO
MO
MO
MO
4
5
6
7
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Tagesübersichten
Kleine molekulare Cluster
Theorie
Poster I
Femtosekundenspektroskopie: Pulsanalyse und ultraschnelle IR-Spektroskopie (gemeinsame Sitzung
mit FV Q)
Photoelektronenspektroskopie, Photodissoziation
Ultraschnelle Elektronendynamik
Fachvortrag ultraschnelle Elektronendynamik
Atomare und molekulare Cluster
Poster II
Grosse molekulare Cluster und Fullerene
Kohärente Dynamik
Ultrakalte Moleküle
Ultraschnelle molekulare Dynamik
Die Postersitzungen finden in der Empore des Lichthofs statt.
Mitgliederversammlung des Fachverbands Molekülphysik
Di 12:00–12:30
B 305
Tagesordnung:
– Bericht aus dem Vorstand
– Tagung 2005
– Verschiedenes
Di
Di
Di
Do
14:00–15:45
14:00–16:00
16:00–18:30
11:00–13:00
B 305
B 302
Lichthof
B 302
MO
MO
MO
MO
4.1–4.7
5.1–5.8
6.1–6.24
7.1–7.8
Do
Do
Do
Do
Do
Fr
Fr
Fr
Fr
14:00–16:15
14:00–15:30
15:30–16:00
14:00–15:45
16:00–18:30
11:30–13:00
11:30–13:00
14:00–16:00
14:00–16:00
B 305
B 302
B 302
F 442
Lichthof
B 305
B 302
B 302
B 305
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
8.1–8.8
9.1–9.6
10.1–10.1
11.1–11.7
12.1–12.30
13.1–13.6
14.1–14.6
15.1–15.8
16.1–16.8
Molekülphysik
Hauptvorträge
Hauptvorträge
Hauptvortrag
MO I Mo 11:00 B 305
Laserinduzierte Flüssigstrahldesorption von großen Biomolekülen und ihren Komplexen: Mechanismus, Anwendungen
und analytisches Potential — •Bernd Abel, Ales Charvat und
Manfred Faubel — MPI für biophysikalische Chemie Göttingen, Am
Faßberg 11, 37077 Göttingen
Die Hochdruckwasserstrahldesorption von Biomolekülen mit gepulsten, abstimmbaren IR-Laserlichtquellen stellt eine interessante Alternative zur etablierten (UV) laserinduzierten Desorption und Ionisation aus einer Festkörpermatrix (MALDI) und der Elektrosprayionisation dar. Dabei werden vorgeformte protonierte Biomoleküle (Proteine, DNA(PNA)-Fragmente und deren Komplexe) in Lösung aus ihrer natürlichen Umgebung sehr schonend in die Gasphase gebracht
und mit hochauflösender Flugzeit-Massenspektrometrie untersucht. Experimente in einem Tandem-Massenspektrometer und Aufnahmen des
Desorptionsprozesses mit einer Hochgeschwindigkeitskamera lieferten
den Schlüssel für ein Verständnis des komplexen wellenlängen- und intensitätsabhängigen Desorptionsmechanismus. Am Beispiel von niedermolekularen Aminosäuren, Proteinen (Cytochrome C, Insulin) und von großen
Biomolekülkomplexen (DNA, Ribonuclease-S, Hämoglobin, etc.) soll gezeigt werden, daß Gleichgewichte mit Biomolekülkomplexen in Lösung
unter bestimmten Bedingungen über die Massenspektren in der Gasphase quantitativ analysiert werden können.
Hauptvortrag
MO II Mo 11:30 B 305
Entwicklung und Anwendung linear skalierender Ab-initioMethoden für die Berechnung großer Moleküle — •Christian
Ochsenfeld — Theoretische Chemie, Universität Tübingen, D-72076
Tübingen
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Quantenchemie zu einem
wichtigen Werkzeug zur Untersuchung molekularer Eigenschaften entwickelt. Dabei sind quantenchemische Berechnungen nicht nur wichtig als Ergänzung und zur Interpretation von Experimenten, sondern
auch für systematische Studien falls Experimente nur schwer oder gar
nicht durchführbar sind. Die Anwendbarkeit konventioneller Ab-initioMethoden auf große Molekülsysteme ist jedoch eingeschränkt, da der
Rechenzeitaufwand sehr stark mit der Molekülgröße (M ) anwächst: Der
Aufwand selbst der einfachsten Näherungen wie Hartree-Fock (HF) und
Dichtefunktional-Theorie (DFT) skaliert mit M 2 − M 5 je nach molekularer Eigenschaft. In diesem Vortrag werden neue Methoden vorgestellt,
die den Anstieg des Rechenaufwandes auf linear reduzieren, ohne dabei an Genauigkeit oder Zuverlässigkeit einzubüßen. Für HF und DFT
kann dies durch Neuformulierungen mittels der für große Moleküle lokalen Einteilchen-Dichtematrix erreicht werden. Auf diese Weise ist es
möglich Moleküle mit mehr als 1000 Atomen zu berechnen. Die Effizienz der Methoden wird am Beispiel von DNA-Fragmenten illustriert
und Anwendungen zu Strukturbestimmungen im Festkörper durch die
Berechnung von NMR-Verschiebungen sowie Untersuchungen zur molekularen Erkennung vorgestellt.
Hauptvortrag
MO III Mo 12:00 B 305
Wassercluster mit Metallionen: Messung und Modell im Vergleich — •Gereon Niedner-Schatteburg1 , Bjoern Reinhard1
und 2 — 1 Fachbereich Chemie, Universität Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern — 2
Mittels Fourier-Transform-Ionen-Cyclotron (FT-ICR) Massenspektrometrie haben wir unter anderem Wassercluster mit darin enthaltenen
Metallionen auf ihre Reaktivität unter Einzelsto*bedingungen und auf
ihre Stabilität gegen schwarzkörperstrahlungsinduzierten Zerfall untersucht [1]. Nach einem kurzen Überblick berichten wir über das Auftreten ungewöhnlicher Ladungszustände von hydratisierten Magnesiumund Aluminium-Ionen, die zum Abdampfen von freien H-Atomen bzw.
H2-Molekülen führten, ohne dass eine Aktivierung der isolierten Cluster vorgenommen worden wäre. Eine eindeutige Interpretation der
Me*ergebnisse war ohne den Vergleich zu geeigneten ab initio theoretischen Vorhersagen nicht möglich, weil letztere bisher ausserhalb des
rechentechnisch Machbaren lagen. Wir haben innerhalb der letzten
zwei Jahre systematische Rechnungen zu Struktur und Reaktionsdyna-
mik der hydratisierten Kationen durchgeführt und sind dadurch zu einer
schlüssigen Interpretation der experimentellen Ergebnisse gekommen [24], die vor kurzem in Teilen auch unabhängig bestätigt wurde [6]. Perspektiven für weitere Untersuchungsstrategien werden diskutiert.
[1] G. Niedner-Schatteburg und V. E. Bondybey, Chem. Rev. 100,
4059 (2000) [2] B. M. Reinhard und G. Niedner-Schatteburg, Phys.
Chem. Chem. Phys. 4, 1771 (2002) [3] B. M. Reinhard und G. NiednerSchatteburg, J. Phys. Chem. A 106, 7988 (2002) [4] B. M. Reinhard
und G. Niedner-Schatteburg, J. Chem. Phys. (2003), im Druck [5] B. M.
Reinhard und G. Niedner-Schatteburg, eingereicht [6] C.-K. Siu, Z.-F.
Liu und J. S. Tse, J. Am. Chem. Soc. 124, 10846 (2002)
Hauptvortrag
MO IV Di 11:00 B 305
Kurzzeitdynamik von Metallclustern in ultrakalten Heliumtropfen — •J. Tiggesbäumker, T. Döppner, Th. Diederich, Th.
Fennel, P. Radcliffe, S. Teuber und K.-H. Meiwes-Broer —
Fachbereich Physik, Universität Rostock , Universitätsplatz 3, 18051 Rostock
Die Wechselwirkung intensiver Laserfelder mit Clustern und Nanopartikeln wird seit einiger Zeit intensiv untersucht. Neben der
grundsätzlichen Fragestellung der Licht–Materie Wechselwirkung stehen
auch technologische Zielrichtungen, wie die Erzeugung kurzwelliger
Strahlung im EUV Bereich im Zentrum des Interesses.
In diesem Beitrag wird die Rolle von Metallclustern genauer beleuchtet. Dazu werden Metallatome mit Hilfe der pick–up Technik in ultrakalte Heliumtropfen eingelagert und so Metallcluster in einer Nanomatrix
erzeugt.1 Die Anregung erfolgt mit Laserpulsen von bis zu 1016 W/ cm2 .
Mit Hilfe der Pump–Probe Spektroskopie wird die Kurzzeitdynamik auf
einer Subpikosekundenzeitskala beobachtet und der Beitrag kollektiver
Effekte bei der Aufladung des Clusters zum Teil in extrem hohe Ladungszustände untersucht und mit Experimenten an freien Metallclustern verglichen. Unter anderem beobachtet man einen interessanten Ladungstransferprozess zwischen den hochgeladenen Metallionen und den
Heliumatomen des Tropfens. Erste Ergebnisse zur Simulation der Einkopplung starker elektromagnetischer Strahlung in Metallcluster werden
vorgestellt.
1. A. Bartelt, J.D. Close, F. Federmann, N. Quaas, J.P. Toennies,
Phys. Rev. Lett., 77, 3525 (1996)
Hauptvortrag
MO V Di 11:30 B 305
Breitband-Methoden
der
optischen
FemtosekundenSpektroskopie — •Nikolaus P.
Ernsting — Institut fër
Chemie, Humboldt-Universität zu Berlin
Anhand von molekularen Ladungstransfer-Reaktionen mit fsZeitauflösung wird gezeigt, daß simultane Beobachtung des gesamten
UV/vis Bereichs neue spektroskopische Observable erschließt. Ein Wellenpaket für die Kernbewegung im elektronisch angeregten Zustand
S1 , durch fs-Pumppulse erzeugt, entwickelt sich entlang Kern- und
Lösungsmittelkoordinaten und ändert dabei meistens auch den elektronischen Charakter. Aus fs-transienten Messungen möchte man die
wesentlichen Koordinaten, die diabatischen Zustände sowie deren elektronische Kopplung erhalten. Zwei komplementäre experimentelle Zugänge
werden hier vorgestellt. Fs-transiente Absorption mit Weißlicht-Pulsen
beobachtet die stimulierte Emission S1 → S0 und die ”Excited State Absorption ” S1 → Sn (ESA) simultan im Bereich 260-900 nm. In solchen
Spektren überlagern sich die beitragenden Banden, die zudem durch Solvatation verschoben werden, wegen der Kernbewegung oszillieren, oder
wegen elektronischer Veränderung ihre Amplitude ändern. Zur spektralen Analyse stellen wir zunächst die Bandintegral- Methode vor, womit
elektronische Veränderung und Strukturrelaxation voneinander unterschieden werden können, am Beispiel von p-Nitroanilin in Wasser. Eine
zweite Methode benutzt, daß die Kernkohärenz im S1 unterschiedliche
Oszillationen der elektronischen Übergänge bewirkt. Mit Target-FaktorAnalyse kann man dann einzelne Übergänge getrennt erhalten. Dies
wird an einer Proton-Transfer-Reaktion im S1 gezeigt. Fs-transiente
Fluorescence-Upconversion Spectroscopy (FLUPS) liefert die zeitlichspektrale Entwicklung der Fluoreszenzbande S1 → S0 allein. Zusammen
mit der transienten Absorption wird insgesamt die genaue Charakterisierung aller beitragenden Banden (Momentanalyse) mit 30 fs Zeitauflösung
Molekülphysik
möglich. Dies wird am Beispiel von p-Dimethylamino-p’-Cyano-Stilben
erläutert. Es zeigt sich, daß zeitaufgelöste Fluoreszenz-Daten zu diesem
und ähnlichen molekularen Systemen durch den inneren Filtereffekt der
ESA stark verfälscht sein können.
Hauptvortrag
MO VI Do 11:00 B 305
Elektroneninduzierte Prozesse in freien und gebundenen Molekülen — •Eugen Illenberger — Institut für Chemie, Theoretische und Physikalische Chemie, Freie Universität Berlin, Takustrasse 3,
D- 14195 Berlin
Es wird über elementare Reaktionen berichtet, durch die Wechselwirkung niederenergetischer Elektronen mit Molekülen bei verschiedenem
Grad der Aggregation ablaufen: isolierte Moleküle unter stossfreien Bedingungen, freie molekulare Aggregate im Düsenstrahl und Moleküle an
Festkörperoberflächen. Die Untersuchung elektroneninduzierter Prozesse erlebt zur Zeit eine gewisse Renaissance nachdem erkannt ist, dass
die Elektronen-Molekül Wechselwirkung bei vielen Prozessen der entscheidende Teilschritt einer (eventuell komplexen) Reaktionssequenz sein
kann. Zu nennen sind hier substratinduzierte Photochemie, molekulare
Mechanismen von Strahlenschäden und Wirkungsweise von Strahlensensibilisatoren in der Tumortherapie oder Schwingungsanregung und Bindungsbrüche bei der Rastertunnelmikroskopie (Molecular E
Hauptvortrag
MO VII Do 11:30 B 305
Chemistry with Electrons: Modification of Surfaces and Thin
Films — •Petra Swiderek — Institut für Physikalische Chemie, Universität zu Köln, Luxemburger Str. 116, 50939 Köln
Chemical reactions induced by low-energy electrons are not only important as fundamental steps of processes following the production of
secondary electrons under the effect of high-energy radiation. They are
also interesting as a tool for modifying or patterning surfaces of molecular materials such as ultrathin organic coatings. This can be done on
a macroscopic scale by rastering the material with a focussed beam of
electrons, exposing it to electrons through a mask, or on a nanometer
scale by using the tip of a scanning tunneling microscope as a local electron source. Although examples of such modifications are known, the
reaction mechanisms are far from being understood. Therefore fundamental spectroscopic studies of the reactions taking place at or near the
surface of ultrathin molecular films are performed in my group. The use
of high-resolution electron energy loss spectroscopy allows us to irradiate the samples and analyse the modifications at the same time. This
contribution will present examples of such modifications and discuss the
experimental approach that allows us to obtain absolute cross sections
for specific electron-induced reactions.
Hauptvortrag
MO VIII Do 12:00 B 305
Resonanz- und Schwellenphänomene bei der niederenergetischen Elektronenanlagerung an Moleküle und Cluster —
•Martin-W. Ruf — Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern,
D-67653 Kaiserslautern
Mit einer hochauflösenden Laserphotoelektronen-Anlagerungsmethode
(LPA) untersuchen wir die Dynamik der Anionenbildung bei Stößen langsamer Elektronen (E = 0 − 200 meV, ∆E ' 1 meV) mit Molekülen und
molekularen Clustern. Für einige nicht-polare Moleküle (z.B. SF6 [1]) haben wir gezeigt, dass der Wirkungsquerschnitt erst unterhalb von E = 1
meV den für s-Wellen-Anlagerung theoretisch vorhergesagten Verlauf
nimmt (σ(E) ∝ E −1/2 ). Für die dissoziative Elektronenanlagerung (DA)
Hauptvorträge
an Cl2 wurde das aus Symmetriegründen erwartete p-Wellen-Verhalten
(σ(E) ∝ E 1/2 ) schlüssig nachgewiesen [2].
Der DA-Querschnitt für CH3 I (I− -Bildung) zeigt knapp unterhalb
der Anregungsschwelle der C-I-Streckschwingung eine scharfe Resonanzstruktur, die als Vibrations-Feshbach-Resonanz (VFR) interpretiert und
im Rahmen einer R-Matrix-Rechnung reproduziert wird [3]. Solche
VFR’s mit Breiten bis herab zu 2 meV finden sich auch in den DAQuerschnitten für molekulare Cluster (wie N2 O [4], CO2 [5], OCS),
während sie bei anderen Clustern (z.B. CS2 [5], CH3 I) fehlen .
[1] A. Schramm et al., Phys. Rev. Lett. 81, 778 (1998)
[2] S. Barsotti et al., Phys. Rev. Lett. 89, 083201 (2002)
[3] A. Schramm et al., J. Phys. B 32, 2153 (1999)
[4] E. Leber et al., Chem. Phys. Lett. 325, 345 (2000)
[5] S. Barsotti et al., Int. J. Mass Spectrom. 220, 313 (2002)
Hauptvortrag
MO IX Do 12:30 B 305
Inelastische Stoßprozesse langsamer Elektronen mit Molekülionen — •A. Wolf1 , S. Krohn1 , H. Kreckel1 , L. Lammich1 , M.
Lange1 , D. Schwalm1 , D. Strasser2 und D. Zajfman2,1 — 1 MaxPlanck-Institut für Kernphysik, Heidelberg — 2 Weizmann Institute of
Niederenergetische Elektronenstöße mit positiven Molekülionen
können zum Elektroneneinfang, zur Dissoziation und zur An- und Abregung interner molekularer Freiheitsgrade führen. Diese inelastischen Prozesse verlaufen vielfach über gemeinsame resonante Zwischenzustände,
in denen Energieaustausch zwischen den elektronischen und den Rotations/Schwingungsfreiheitsgraden der Moleküle stattfinden kann. Empfindliche Messungen zu diesen Prozessen wurden an gespeicherten Molekülionenstrahlen mit kollinearen, kalten Elektronenstrahlen durch+
geführt. An H+
2 und D2 wurden die Schwingungsbesetzungen während
der Wechselwirkung mit freien Elektronen bei thermischen Energien entsprechend ∼150 K zeitaufgelöst für Speicherdauern bis zu 50 s bestimmt.
Ausgehend von einer breiten Zustandsverteilung mit Schwerpunkt bei
v ∼ 4 wurde durch superelastische Elektronenstöße eine gekühlte Verteilung mit mehr als 95% der Ionen in v = 0 und 1 (∼75% in v = 0) realisiert. Die Ratenkoeffizienten für dissoziative Rekombination bei den gegebenen thermischen Energien wurden schwingungsspezifisch für v = 0–6
+
(H+
2 ) bzw. 0–7 (D2 ) gemessen. Zum Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen liegen aktuelle theoretische Resultate vor. — Teilweise
gefördert durch EU (RTN “Electron Transfer Reactions”) und BMBF
(Deutsch-Israelische Projektkooperation).
Hauptvortrag
MO X Fr 11:00 B 305
Photoinduzierte Konformationsdynamik in zyklischen Peptiden
— •Josef Wachtveitl — Institut für Physikalische und Theoretische
Chemie, Goethe-Universität Frankfurt, 60439 Frankfurt/Main
Studien zu Mechanismen der Proteinfaltung haben gezeigt, dass
ein Protein seine native Struktur durch eine Serie von Konformationsänderungen einnimmt, die auf einer Hierarchie von Zeitskalen ablaufen. Der Einsatz photoschaltbarer Peptide in Kombination mit
Femtosekunden-zeitaufgelösten spektroskopischen Techniken erlaubt die
Untersuchung der schnellsten elementaren Faltungsprozesse. Der in das
Peptidrückgrat integrierte und im Bereich weniger 100 fs reversibel photoschaltbare Chromophor Azobenzol dient als Trigger und Sonde zur Detektion von Strukturänderungen im Peptidteil und erlaubt die Beobachtung von dynamischen Prozessen, die stark von der Grösse des erreichten
Konformationsraums abhängen.
Molekülphysik
Montag
Fachsitzungen
MO 1 Elektronische Übergänge
MO 1.1 Mo 14:00 B 302
In-situ Präparation und REMPI-Spektroskopie von Ammoniak
Isotopomeren. — •Moana Nolde1 , D. Lentz2 und Karl-Michael
Weitzel1 — 1 Philipps Universität Marburg, Institut für Physikalische
Chemie, Hans-Meerweinstr., 35032 Marburg — 2 Freie Universität Berlin,
Institut für Chemie, Fabeckstr. 34-36, 14195 Berlin
Von den Isotopomeren des Ammoniak sind nur NH3 und ND3 in reiner Form kommerziell erhältlich. Der Grund liegt darin, daß sich jede
ursprünglich reine Probe von NH2 D oder ND2 H durch Selbstprotonenaustausch sofort in ein Gemisch aller Isotopomere umwandeln würde.
Wir beschreiben in diesem Beitrag Studien zur Präparation des reinen
Isotopomeren NH2 D, die auf einer Reaktion zwischen Natriumamid und
einem Deuterierungsmittel basieren. Die dabei gebildeten Ammoniakisotopomere wurden in situ mit Hilfe der resonanzverstärkten Mehrphotonenionisation (REMPI) nachgewiesen und spektroskopisch charakterisiert.
Mögliche Anwendungen reiner Ammoniak-Isotopomerer für Studien
zur Kontrolle von N-H versus N-D Bindungsbruch werden diskutiert.
MO 1.2 Mo 14:15 B 302
Bestimmung der geometrischen Stukturen elektronisch angeregter Aromaten — •Michael Schmitt1 , Jochen Küpper2 ,
Daniel Spangenberg3 und Christian Ratzer1 — 1 HeinrichHeine-Universität Düsseldorf Institut für Physikalische Chemie 40225
Düsseldorf — 2 Fritz-Haber-Institut der MPG Faradayweg 4-6 14195
Berlin — 3 Bruker Daltonik GmbH Fahrenheitstrasse 4 28359 Bremen
Der Einfluss der elektronischen Anregung auf die Struktur aromatischer Moleküle wird durch rotationsauflösende LIF-Spektroskopie von
verschieden substituierten Phenolen untersucht. In den meisten Fällen
konnte durch isotope Substitution im Stammolekül die Anzahl der durch
das Experiment erhaltenen Trägheitsparameter so erhöht werden, dass
die Geometrien ohne grosse Modellrestriktionen bestimmt werden konnten. Bei para disubstituierten Aromaten wird im allgemeinen eine chinoide Verzerrung des Benzolrings gefunden, während bei monosubstituierten Aromaten eine gleichmässige benzoide Verzerrung im S1 -Zustand
gefunden wird. Die verschiedenen Trends der Geometrieänderungen bei
der elektronischen Anregung werden im Vortrag diskutiert.
MO 1.3 Mo 14:30 B 302
Nachweis von Stickstoffmonoxid in der menschlichen Atemluft
im unteren ppt-Bereich — •J. Lauenstein1 , L. Baars-Hibbe1 ,
K.-H. Gericke1 , C. Maul1 und C. Plath2 — 1 Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, TU Braunschweig — 2 Medizinische
Fakultät, Universität Rostock
Stickstoffmonoxid fungiert im Körper unter anderem als Botenstoff und
Neurotransmitter und ist deshalb Gegenstand intensiver Forschung. Ideal
ist eine invasivfreie Bestimmung des NO-Gehalts, beispielsweise über die
Atemluft. Wir realisieren dies mit Hilfe der laserinduzierten Fluoreszenz.
Dabei wird die γ-Bande verwendet (A2 Σ+ ← X2 Π1/2 ). Die Vorteile dieser
Methode sind die extrem hohe Empfindlichkeit und die hohe Isotopenselektivität. Es können NO-Gehalte bis unter 1 ppt nachgewiesen werden.
Der natürliche NO-Gehalt liegt bei ca. 10 ppb. Es ist bekannt, wie NO
im Körper gewonnen werden kann. Infolge dessen kann die Atemluft von
Probanden isotopenselektiv untersucht werden, nachdem zuvor markierte Precursoren eingenommen wurden. Daraus können Rückschlüsse auf
die Umwandlungsprozesse gezogen werden. Weiterhin ist die Methode
geeignet, um die Stickoxid-Prozesse in Pflanzen aufzuklären.
Raum: B 302
MO 1.4 Mo 14:45 B 302
Incoherent Broadband Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (IBBCEAS) — •Sven E. Fiedler1 , Achim Hese1 und Albert A. Ruth2 — 1 Technische Universität Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin —
2
Department of Chemistry, National University of Ireland, College Cork,
Ireland
Eine neue hochempfindliche Methode für Absorptionsmessungen an
gasförmigen Proben wird vorgestellt. Das Licht einer inkohärenten Weisslichtquelle wird in einen optischen Resonator eingekoppelt, der transmittierte Anteil mit einem Monochromator spektral aufgespalten und mit
einer empfindlichen Photodiodenzeile nachgewiesen.
Diese Methode ist gekennzeichnet durch hohe Empfindlichkeit, hohe zeitliche Auflösung und erstaunliche experimentelle Einfachheit. Es
können vergleichbare Nachweisempfindlichkeiten erreicht werden wie bei
der Cavity Ring-Down Spektroskopie (CRDS). Mit IBBCEAS lassen sich
Absorptionen messen, die für gewöhnliche CRD-Messungen zu stark und
mit konventioneller Absorptionsspektroskopie nur schwer erreichbar sind.
MO 1.5 Mo 15:00 B 302
Observation and Characterization of Nonlinear Processes in Organic Samples by Excited State Absorption (ESA) Spectroscopy
— •David v. Seggern, Christian Spitz, and Ralf Menzel for the
A. Dieter Schlüter, Claudia Modrakowski, FU Berlin, FB Chemie collaboration — Universität Potsdam, Institut für Physik, Am Neuen Palais
10, 14469 Potsdam
In this talk we report the investigation of a biester-substituted
biphenylpyrene derivate (Py-C) by time resolved pump and probe laser
spectroscopy.
Compounds like Py-C are known to show intramolecular charge transfer (ICT) following optical excitation. It is assumed that after excitation
an equilibrium is built up between the locally excited (LE) state with
the excitation energy staying in the phenylpyrene part of the molecule,
and the ICT state with the charge having passed over to the biester
phenyl part. Because of the strong polarity of the ICT state the effect is
strongly solvent dependent. If LE and CT states show different absorption bands, their population should be detectable by transient optical
absorption measurements [1].
Our investigations show the solvent dependency of the equilibrium constant kCT,LE and an increase of the absolute values of the excited state
cross sections with increasing solvent polarity.
The ESA method is compared to traditional fluorescence techniques.
[1] C. Spitz, D.v. Seggern, G. Grunwald, R. Menzel Biomedical Nanotechnology Architectures and Applications, Darryl J. Bornhop et al.
(eds.) Proceedings of SPIE 4626 (2002), 493
MO 1.6 Mo 15:15 B 302
Polaritätsgetriebener Elektronentransfer nach optischer Anregung — •C. Spitz1 , D. v. Seggern1 , R. Menzel1 , C. Tedeschi2 ,
L. Li2 und H. Möhwald2 — 1 Universität Potsdam, Institut für Physik, Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam — 2 Max-Planck-Institut für
Kolloid- und Grenzflächenforschung Am Mühlenberg 2, 14476 Golm
Der Einfluss der Lösungsmittelpolarität auf den Elektronentransfer von
einem Donor- auf ein Akzeptormolekül ist seit über 30 Jahren bekannt
und mit der Marcus Theorie beschrieben. Danach sollte es auch möglich
sein, durch die Solvatation die Energiezustände eines Chromophores derart abzusenken, dass er als Akzeptor für ein ungelöstes Molekül des selben
Typs wirken kann. Die Schwierigkeit hierbei liegt darin, dass einerseits
die Chromophore sich so nahe sein müssen, dass ihre Wellenfunktionen
überlappen und andererseits die Polarität ihrer Umgebung so stark differieren muss, dass sie als Donor und Akzeptor wirken. Unseres Wissens
ist es bislang nicht gelungen, einen Polaritätsgradienten zu präparieren,
der diese Bedingungen erfüllt.
Molekülphysik
Montag
Wir präsentieren organische Filme, die einen hohen Polaritätsgradienten über ihre Dicke von 20 nm aufweisen. Wir konnten
diese Filme mit kovalent gebundenen Pyren Molekülen mit einem mittleren Abstand von 2 nm dotieren, so dass eine hohe Wahrscheinlichkeit
für das Überlappen der Wellenfunktionen gegeben ist.
Auf laserspektroskopischem Wege (ESA = Excited State Absorption)
ist uns der Nachweis des polaritätsgetriebenen Elektronentransfers durch
den Film gelungen. Dies lässt neue Anwendungen zur Energiekoversion,
Informatiosspeicherung oder opto-optisches Schalten denkbar werden.
MO 1.7 Mo 15:30 B 302
OODR-Stark-Spektroskopie
an
Pentacen-Molekülen
—
•Gerald Hoheisel und Achim Hese — Technische Universität
Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, Hardenbergstr.
36, 10623 Berlin
In diesem Beitrag werden Stark-Effekt Experimente am vibrationslosen
S1 ← S0 Übergang von Pentacen-Molekülen in einem Edelgas-ÜberschallStrahl vorgestellt. Die Methode der Optisch-optischen Doppelresonanz
(OODR) macht es dabei möglich, daß einzelne Linien des sehr dichten
und mit der konventionellen LIF-Spektroskopie nicht auflösbaren Spektrums nun bezüglich ihrer Verschiebung im elektrischen Feld untersucht
werden können. Dies ermöglicht eine uneingeschränkte Bestimmung der
Polarisierbarkeitsdifferenzen.
MO 1.8 Mo 15:45 B 302
Störungsanalyse und Potentialbestimmung im System der
Zustände A 2 Π - B 2 Σ von KAr — •Markus Braune und Dieter
Zimmermann — Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, TU
Berlin, Hardenbergstraße 36, 10623 Berlin
Durch optische-optische Doppelresonanzexperimente konnte eine lokale Störung zwischen den Niveaus v = 1 von B 2 Σ und v = 14 von A 2 Π
analysiert werden. Zur Identifizierung der Linien des A 2 Π v = 14 ←
X 2 Σ v = 0 -Übergangs wurden frühere Ergebnisse für den A 2 Π-Zustand,
die den Bereich v = 6...11 umfassen, extrapoliert [1]. Dabei stellte sich
heraus, dass unsere Potentiale auch im extrapolierten Bereich eine Genauigkeit von besser als ±0.5 cm−1 haben. Die Potentiale für B 2 Σ und
A 2 Π sowie die Spin-Bahn-Funktion wurden in einem gemeinsamen Fit aller gemessenen Energieniveaus ermittelt. Die Spin-Bahn-Funktion zeigt
einen exponentiellen Anstieg mit fallendem Wert von R. Die gemessenen Störparameter B14,1 der lokalen Störung von 7.0(2) · 10−3 cm−1 bzw.
6.1(2) · 10−3 cm−1 für e- bzw. f-Niveaus werden durch die Potentiale
befriedigend reproduziert.
[1] F. Bokelmann, D.Zimmermann, J.Chem.Phys. 104(1996)923
MO 2 Chemische Reaktionen, Energietransfer
MO 2.1 Mo 16:30 B 302
Rotationsanregungen in der Dissoziativen Rekombination von
1
2
D2 H+ und H+
3 — •Lutz Lammich , Daniel Strasser , Simon
Altevogt1 , Henrik Buhr1 , Vola Andrianarijaona1 , Michael
Lange1 , Holger Kreckel1 , Henrik Pedersen1 , Dirk Schwalm1 ,
Andreas Wolf1 , Peter Witte1 und Daniel Zajfman2 — 1 MaxPlanck-Institut für Kernphysik, Heidelberg — 2 Weizmann Institue of
Die Dissoziative Rekombination (DR) des dreiatomigen WasserstoffMolekülions H+
3 mit Elektronen ist u.a. aufgrund ihrer herrausragenden
Bedeutung in der Chemie von interstellaren Molekülwolken seit langem
Gegenstand intensiver theoretischer und experimenteller Untersuchungen. Insbesondere die Bestimmung des Ratenkoeffizienten für diese Reaktion stellt ein bis heute nicht abschließend gelöstes Problem dar. Bei
Experimenten in Speicherringen können Vibrations- und Rotationsanregungen der Molekülionen eine Rolle spielen, deren Lebensdauer sowie
Einfluss auf die DR bisher, insbesondere im Fall von Rotationen, nicht
im Detail bekannt ist.
Am Schwerionenspeicherring TSR in Heidelberg wurde bereits das Verhalten von Vibrations- sowie hochenergetischen Rotationsanregungen für
H+
3 und verschiedene Isotopomere beobachtet. In neuen Experimenten
wurden nun auch Anregungen um 300 K sowie Möglichkeiten zu deren
Reduzierung auf subthermische Zustandsverteilungen untersucht.
Gefördert durch DIP (BMBF) und durch die EU (Research Training
Network ’Electron transfer reactions’).
MO 2.2 Mo 16:45 B 302
Ein Elektronentarget für Kollisionsexperimente mit gespeicherten Molekülionen — •Peter Witte1,2 , Daniel Strasser2 ,
Adi Diner2 , Sarah Goldberg2 , Michael Rappaport2 , Dirk
Schwalm1 , Daniel Zajfman2 und Andreas Wolf1 — 1 MaxPlanck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg — 2 Weizmann
Institute of Science, Dept. of Particle Physics, 76100 Rehovot, Israel
Es wird eine neuartige Methode zur Untersuchung von Stössen zwischen Elektronen und Molekülionen vorgestellt. Mit dem Einbau eines Elektronentargets in eine elektrostatische Ionenstrahlfalle kann sowohl der Ausgangszustand der Molekülionen durch interne Relaxation während der Speicherzeit kontrolliert als auch ein effizienter Fragmentnachweis gewährleistet werden. Da das Fallenpotential sowie das
Führungsfeld der Elektronen rein elektrostatisch ist, ergibt sich keine
Beschränkung hinsichtlich der maximalen Masse der zu untersuchenden Molekülionen. Somit werden Experimente an schweren, vibrationskalten Clustern möglich. In unserem Aufbau wird der gespeicherte
keV-Ionenstrahl im rechten Winkel mit einem Elektronenstrahl niedriger Energie (5-50 eV) überlagert. Die Fragmentation kann als Funktion
der inneren Anregung über die gesamte Speicherzeit der Molekülionen
verfolgt werden. Sowohl neutrale als auch geladene Fragmente können
Raum: B 302
nachgewiesen werden.
Erste, vorläufige Messungen von Elektronendetachment an kleinen negativen Kohlenstoffclustern werden vorgestellt. Teilweise gefördert durch
EU (RTN electron transfer reactions) und Minerva Stiftung.
MO 2.3 Mo 17:00 B 302
Verbesserung des K-Ar BΣ Potentials durch optische Stöße
mit differentiellem Nachweis — •Cristina Figl1 , Ralf Goldstein1 , Andre Grimpe1 , Joachim Grosser1 , Olaf Hoffmann1
und Frank Rebentrost2 — 1 Institut für Atom- und Molekülphysik,
Abteilung Atomare Prozesse, Universität Hannover — 2 Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching
Potentialbereiche ohne gebundene Zustände sind durch spektroskopische Methoden nur schwer zugänglich. Die optische Anregung von
Stoßpaaren
K(4s) + Ar + hν → K(4p) + Ar
mit Winkel- und Geschwindigkeitsaufgelöstem Nachweis ist ein Werkzeug, um diese Bereiche detailliert zu untersuchen. Es werden differentielle Wirkungsquerschnitte gemessen. Ausgehend von einem geeignetem
Startpotential wird in einer Fitprozedur der abstoßende Teil des BΣ Potentials angepaßt. Das Startpotential ist eine Kombination aus Potentialen, die aus spektroskopischen Messungen berechnet wurden1 , und ab
initio Rechnungen2,3 . Die Messung von Besetzungsverhältnissen der Feinstrukturniveaus im Ausgangskanal dient weiterhin der Untersuchung
der Kopplung zwischen den BΣ und AΠ Zuständen im asymptotischen
Teil der Potentiale.
1
D.Zimmermann, M.Braune; to be published
E.Czuchaj
3
M.Jungen
2
MO 2.4 Mo 17:15 B 302
Ionen-Molekül-Reaktionen zustandsselektierter AmmoniakIsotopomere — •Stefan Athenstedt1 , Helmar Waiczies2 ,
Dieter Gerlich3 und Karl-Michael Weitzel1 — 1 Philipps Universität Marburg, Institut für Physikalische Chemie, Hans-Meerweinstr.,
35032 Marburg — 2 Freie Universität Berlin, Institut für Chemie,
Takustr. 3, 14195 Berlin — 3 TU Chemnitz, Institut für Physik,
Reichenhainer Str. 70, 09126 Chemnitz
Die Ionen-Molekül-Reaktionen von zustandsselektierten Molekülionen
haben in den vergangenen Jahren große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Besonders interessant erscheinen einerseits Prozesse, die von technischer Bedeutung in der Plasmachemie sind, aber auch solche die eine
Rolle in der interstellaren Chemie spielen.
Wir beschreiben in diesem Beitrag Untersuchungen der Reaktionen zustandsselektierter Ammoniak-Ionen. Diese Molekül-Ionen werden über
rotationsselektive resonanzverstärkte Mehrphotonenionisation (REMPI)
Molekülphysik
erzeugt. Die Reaktionen werden innerhalb eines Drahtvierpols durchgeführt und die Produktverteilung anschließend analysiert. Für die Reaktion NH3 + + NH3 −→ NH4 + + NH2 variiert die Geschwindigkeitskonstante im Bereich von center of mass‘-Stoßenergien von 2 bis 4 Volt
’
zwischen 2 * 10−9 und 3 * 10−9 cm3 / Molekül s. Erste Versuche zur
Frage, ob unter interstellaren Bedingungen aus Ammoniak-Ionen kleine
Aminosäuren, z.B. Glycin oder Alanin, gebildet werden können, werden
vorgestellt.
MO 2.5 Mo 17:30 B 302
Formation of interstellar methanol via radiative association —
•Alfonz Luca, Didier Voulot, and Dieter Gerlich — Department of Physics, Technical University Chemnitz, Germany
It is an open question, whether methanol is formed via reactions on
surface of ice particles or in gas phase under the conditions prevailing in
interstellar clouds. One proposed mechanism is radiative association of
CH+
3 + H2 O followed by electron-ion recombination. A low temperature
radio-frequency 22-pole ion trap has been combined with a molecular
beam for studying ion-molecular association processes at low number
densities and at temperatures where an effusive gas inlet cannot be used
due to condensation. CH+
3 has been stored at He number densities ranging from 7 × 1013 cm−3 down to 5 × 1011 cm−3 . Under these conditions
collisions between the ions and the H2 O occur at an effective temperature
of 50 K. The three body association rate coefficient has been determined
as k3 = (5.8 ± 0.4) × 10−25 cm6 s−1 . For radiative association, an upper limit for the rate coefficient has been estimated from the measurements, kr < 2 × 10−12 cm3 s−1 . This is at least one order of magnitude
smaller than the value currently used in model calculations. For future
experiments it is planed to apply this method to other systems e.g. the
association of CH3 + + CO.
MO 2.6 Mo 17:45 B 302
Reactions between ions and H-atoms — •Gheorghe Borodi, Alfonz Luca, and Dieter Gerlich — Department of Physics, Technical
University Chemnitz, Germany
Montag
An effusive H atom source which can be cooled to low temperatures
has been combined with a variable temperature radio-frequency 22-pole
ion trap for studying ion-molecular processes at conditions relevant for
interstellar chemistry. Experimental tests have been carried out in order
to determine the H number density inside the 22-pole trap, the H2 background density, and the degree of dissociation inside the source. For this
+
purpose chemical probing with the reactions CO+
2 + H → COH + O
+
and CO+
2 + H2 → CO2 H + H has been used. An interesting class of reactions to be studied in the trap experiment is the interaction of H-atoms
with hydrocarbons ranging from CH+ to larger Cn H+
m . In this case one
unresolved question is under which conditions an H-atom just ”sticks”,
i.e., when the lifetime of the collision complex is so long that emission
of radiation leads to its stabilisation. Another important experimentally
unknown class of reactions is single or multiple isotope enrichment in
+
+
collisions of ions such as H+
3 , Cn Hm or NHn with D-atoms.
MO 2.7 Mo 18:00 B 302
Modeling the Chemistry of Plasma Polymerization using Mass
Spectrometry Data — •Dieter F. Ihrig, Oliver Winkelhake
und Oliver Streuber — FH Suedwestfalen, Iserlohn, Germay
The environmental technologies laboratory is developing processes of
plasma etching and polymerization. Polymerized thin films are first order
corrosion protection and primer for painting. Using pure acetylene we get
very nice thin films which nevertheless were not bonded very well. But
using air as bulk gas it is possible to polymerize well bonded thin films.
Nitrogen is necessary to generate them. UV/Vis spectroscopy shows nitrogen oxide radicals in emission spectra of pure nitrogen and air. But
nitrogen oxide is fully suppressed in presence of acetylene. IR spectroscopy shows only C=O, CH2 and CH3 groups but no nitrogen species.
With the aid of UV/Vis spectra and the chemistry of ozone formation it
is possible to define reactive traps and steps. Using a numerical model
it is possible to calculate theoretical mass spectra. The adjustment of
theoretical mass spectra to real measurements leads to a quantification
of the chemistry. A strategy to trim the model is shown.
MO 3 Nichtlineare Femtosekunden-Effekte (gemeinsame Sitzung mit FV Q)
MO 3.1 Mo 15:00 E001
Investigation of the electron plasma generation during the optical breakdown of femtosecond laser ablation — •Cristian
Sarpe-Tudoran, Andreas Assion, Matthias Wollenhaupt,
Christian Horn, Marc Winter, and Thomas Baumert — Universität Kassel, Fachbereich Physik, Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132 Kassel
The application of ultrafast lasers for high-quality material processing
is an exciting field that has grown rapidly in the past few years. The use
of femtosecond laser pulses is especially interesting for transparent media
and nanostructuring. It is generally accepted that in the beginning of the
laser induced breakdown a high density free electron plasma is created
by multiphoton absorption and avalanche ionization, whereas the first
becomes dominant in the femtosecond regime. But still the creation of
the electron plasma and the ablation mechanism with femtosecond pulses
is not completely understood. In this work we investigate the electron
plasma dynamics in the early stage of formation by transient reflection
spectroscopy techniques during the optical breakdown. In a collinear
pump-probe set-up a high intensity ultrashort laser pulse creates the free
electrons and a time delayed weak one is reflected by the plasma. By analyzing the back reflected spectrum the breakdown threshold and the rise
and decay characteristic times of the high density plasma are obtained.
Additionally, by means of laser induced breakdown spectroscopy we are
able to determine the ablation efficiency. First experimental results are
presented and will be discussed.
MO 3.2 Mo 15:15 E001
Femtosekunden
LIBS
(Laser
induced
breakdown
Spectroscopy)-Mikroskopie — •Andreas Assion, Matthias Wollenhaupt, Lars Haag, Fedor Maiorov, Marc Winter,
Ulrich Kutschera und Thomas Baumert — CINSaT Universität
Kassel Heinrich-Plettstrasse 40 34132 Kassel
In jüngster Zeit wurden verschiedene nichtlineare Mikroskopieverfahren entwickelt. Die Vorteile der nichtlinearen Mikroskopie lassen sich an
drei Punkten erläutern. 1. Das Detektionslicht wird nur im Laserfo-
Raum: E001
kus erzeugt, so dass eine dreidimensionale Abbildung der Probe erfolgt.
2. Neue Kontrastmechanismen können eingesetzt werden, um gleichzeitig strukturelle und funktionale Informationen abzubilden. 3. Die
Auflösung ist nicht beugungsbegrenzt. Mit den bisherigen Techniken ist
jedoch keine elementspezifische Abbildung von Spurenelementen mit hoher räumlicher Auflösung möglich. Wir stellen ein neuartiges Konzept
vor, wobei die Femtosekunden-Lasertechnik mit der Mikroskopietechnik
und der Laser induced breakdown Spectroskopie (LIBS) kombiniert wird.
Die Femtosekunden-LIBS Mikroskopietechnik ermöglicht die dreidimensionale Abbildung von Spurenelementen in biologischen Proben. Die
Konzentration kann hierbei im Bereich einiger millimol sein, wobei eine extrem hohe longitudinale Auflösung im Bereich < 100 nm erzielt
werden kann. Dies wird anhand erster experimenteller Ergebnisse zur
dreidimensionalen Abbildung von gebundenen Ca2+ -Ionen in der pheripheren Zellwand von Pflanzenstengeln dargelegt. Abschliessend wird der
funktionale Einfluss der Ca2+ -Ionen Verteilung für das Pflanzenwachstum
diskutiert.
MO 3.3 Mo 15:30 E001
Neutronen und MeV Ionenpulserzeugung durch ultraintensive
Femtosekunden Laserpulse — •Stephan Busch, S.Ter Avetisyan, Matthias Schnürer, P.V. Nickles und W. Sandner — MaxBorn-Institut, Max-Born-Straße 2a, 12489 Berlin
Die effiziente Erzeugung von Protonen und Neutronen mit MeVEnergien mit Hilfe von ultrakurzen (35fs) und hochintensiven Laserpulsen sind neuartige Zielstellungen in der Laser-Materie-Wechselwirkung
Physik.
Wir haben Wasser-Mikrodroplets mit Ti:Sa Laser Pulsen bei Intensitäten I > 1019 W/cm2 bestrahlt und Elektronen, Ionen und NeutronenVerteilungen mittels Mehrkanal-Messtechnik (4-Thomson-Spektrometer
und Neutron TOFs) untersucht. Die Resultate lassen erkennen, dass
im Gegensatz zu bekannten Ergebnissen mit ebenen Folien-Targets, im
kleinen sphärischen Targetvolumen ein Elektronenconfinement stattfindet. Die energetischen Elektronen bauen Felder auf, die eine effizien-
Molekülphysik
Montag
te Beschleunigung der Ionen bewirken und durch eine cut-off Energie
charakterisiert ist. Die räumliche Ausbreitungscharakteristik, sowie die
Energieabhängigkeit der Ionenpulse von deren Ladung, werden vorgestellt und diskutiert.
MO 3.4 Mo 15:45 E001
A novel Kerr Shutter Design for Femtosecond Fluorescence
Spectroscopy — •Bernhard Schmidt, Stefan Laimgruber, and
Peter Gilch — Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, Oettingenstr. 67, D-80538 München, Germany
Conventionally, fluorescence spectroscopy in the femtosecond regime
relies on the up-conversion technique. In the recent years the optical
Kerr shutter has gained importance in the field. Here, a novel Kerr setup with a high optical through-put and very low time zero dispersion (∼
200 fs through out the visible spectrum) is presented. It comprises two
Cassegranians to collect the fluorescence light and focus it onto a Kerr
medium and two thin film polarisers to extinguish the fluorescence light.
In combination with a spectrometer coupled to a CCD camera the setup delivers spectrally resolved fluorescence decay profiles in very short
aquisition times (∼ 5 min).
MO 4 Kleine molekulare Cluster
MO 4.1 Di 14:00 B 305
Die ab Initio Torsions-Potentialenergiefläche des Ethylendiamins: Energieniveaus, Wellenfunktionen und Tunnelaufspaltungen im Mikrowellenspektrum — •Wolfgang Stahl und
Ilona Merke — Institut für Physikalische Chemie, RWTH Aachen,
Templergraben 59, 52056 Aachen
Aus mikrowellenspektroskopischen Untersuchungen ist bekannt, dass
Ethylendiamin (NH2 -CH2 -CH2 -NH2 ) in mindestens zwei konformeren
Formen existiert, beide mit einer intramolekularen Wasserstoffbrückenbindung. Jeweils eine Aminogruppe dient als Protonendonor, die andere als Akzeptor. Der Austausch von Donor und Akzeptorfunktion
führt zu einer spektroskopisch beobachtbaren Tunnelaufspaltung. Bisher konnte nur ein Teil der beobachteten Rotationsübergänge den Konformeren I und II zugeordnet werden, so dass wahrscheinlich noch andere Konformere oder torsionsangeregte Zustände vorliegen. Um einen
Überblick über die Dynamik des Ethylendiamins zu gewinnen, wurde
auf MP2/6-311+G(d,p)-Niveau eine zweidimensionale Potentialfläche berechnet, wobei nur die Torsion der Aminogruppen um die C-N-Bindungen
berücksichtigt wurde. Aus der Potentialfläche wurden anschließend Energieniveaus und Wellenfunktionen berechnet. Dabei konnte nicht nur
die Existenz von I und II, beide mit jeweils zwei äquivalenten Minima,
bestätigt werden, sondern es wurde auch ein weiteres, nicht H-brückengebundenes Konformer III entdeckt. Ebenfalls bemerkenswert ist ein
lokales Minimum (Konformer IV) im Tunnelpfad zwischen den beiden
Minima von I. Dieses besitzt zwei H-Brückenbindungen.
MO 4.2 Di 14:15 B 305
Hochauflösende IR-Spektroskopie an der Kombinationsbande
des N2 O-Dimers: Die Torsionsmode — •Andreas Hecker1 , Iris
Scheele2 und Martina Havenith1 — 1 Lehrstuhl für Physikalische
Chemie II, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstr. 150, 44780 Bochum — 2 Chemistry Department, Princeton University, Princeton, NJ
08540 (USA)
Das vibrations-rotationsaufgelöste Spektrum des van der Waals
Komplex N2 O-Dimer wurde im Bereich 2244-2252 cm−1 mittels eines
computergesteuerten Bleisalz-Diodelaser-Spektrometer vermessen. Zur
Erzeugung der van der Waals Komplexe wurde eine kontinuierliche
Überschallexpansion (Schlitzdüse 50µm x 50mm) benutzt.
Es konnten 408 Absorptionlinien der Kombinationsbande der fundamentalen asymmetrischen Streckschwingung (ν3 ) des N2 O-Monomers
und dem Torsionsmode des van der Waals Komplexes N2 O-Dimer
zugeordnet werden.
Eine Anpassung des S-reduzierten WatsonHamiltonoperators liefert einen vollständigen Satz Rotationskonstanten
sowie den Bandenursprung bei ν0 = 2247.83 cm−1 , der 18,34 cm−1 über
dem Bandenursprung der Fundamentalen liegt. Aus den Rotationskonstanten wurde die nicht planare Struktur des van der Waals Komplexes
im angeregten Zustand berechnet.
Ab initio Rechnungen von Dutton et. al. [1] hatten den Torsionsmode
zu 37,84 cm−1 berechnet.
[1] C. Dutton, A. Sazonov und R. A. Beaudet, 1996, J. Chem. Phys.,
100, 17773
MO 4.3 Di 14:30 B 305
Determination of the intermolecular geometry of the phenolmethanol cluster — •Michael Schmitt, Christian Ratzer,
Christoph Jacoby, and Arnim Westphal — Heinrich-HeineUniversität Düsseldorf, Institut für Physikalische Chemie, 40225
Düsseldorf
From the analysis of the rovibronic spectra of three isotopomers of the
Raum: B 305
hydrogen bonded binary phenol-methanol cluster the inertial parameters
have been calculated. The geometry of the hydrogen bond was determined from a nonlinear fit of the six intermolecular geometry parameters
to the rotational constants of these isotopomers and was compared to the
results of ab initio calculations. The resulting structure was found to depend critically upon the equilibrium between dispersive and dipole-dipole
interactions. Using the subtorsional splittings and the torsion-rotation
parameters, the reduced barrier height to internal rotation of the methyl
group in the methanol moiety of the cluster could be determined in the
S0 - and the S1 -state. The barrier was found to decrease slightly, what
can be explained by the complexation of the methanolic OH-group.
MO 4.4 Di 14:45 B 305
Rotationally resolved infrared spectrum of the charge transfer complex [Ar-N2 ]+ — •Harold Linnartz1,2 , Dorinel Verdes1 ,
and John P. Maier1 for the collaboration — 1 Departement Chemie,
Universität Basel, Klingelbergstrasse 80, CH-4056 Basel — 2 Fysische
Chemie, FC-FEW-VU, De Boelelaan 1083, NL-1081 HV Amsterdam
Difficulties in preparing cluster ions for high resolution spectroscopic
studies have limited our understanding of intermolecular forces in charged
complexes that are typical of many reactive intermediates. In this contribution the infrared spectrum of the charge transfer complex [Ar-N2 ]+ ,
recorded in a supersonic planar plasma with a tunable diode laser spectrometer, is presented. More than 70 adjacent rovibrational transitions
were measured near 2272 cm−1 and assigned to the molecular nitrogen
stretching fundamental in the 2 Σ+ ground state. An example is given
in the figure. The accurate structural parameters that are determined
confirm a linear structure and show that the major part of the charge is
located at the argon atom. The latter result is surprising and implies a
charge switch of the cationic center upon complexation.
More information is available from H. Linnartz, D. Verdes and J.P. Maier,
Science 297 (2002) 1166.
MO 4.5 Di 15:00 B 305
Ein neues semi-empirisches Potential für ArCO — •Gerhard
Schwaab, Anja Metzelthin und Martina Havenith — Physikalische Chemie II, Ruhr-Universität Bochum
ArCO ist ein Modellsystem zur Überprüfung der Qualität von ab initio
Berechnungen. Bisherige Potentiale geben die gemessenen Frequenzen
insbesondere im Bereich um 25 cm−1 nur unzureichend wieder. Daher
wurde auf der Basis eines HFD-Modells eine Parametrisierung des ArCOPotentials vorgenommen an das ab initio Potential nach Toczylowski und
Cybulski angepasst.
Die Frequenzen wurden durch Lösung des Hamiltonoperators inklusive der Corioliskopplung bestimmt. Die Zuordnung von Quanten- und
Pseudo-Quantenzahlen erfolgt automatisch mit Hilfe einer Abstandsfunktion von Energieniveaus, die sich an Techniken in neuronalen Netzen
anlehnt.
Das Potential wurde durch Variation der Parameter an die gemessenen
Frequenzen bis J=4 angepasst. Es ergibt sich eine mittlere Abweichung
zwischen gemessenen und berechneten Frequenzen von unter 0.1 cm−1
mit maximalen Abweichungen unter 0.15 cm−1 . Das neue semiempirische Potential zeigt ein zweites Minimum in der kollinearen Konfiguration Ar-C-O (Θ = 180◦ ). Auf Basis dieses Potentials werden zusätzliche
Übergangsfrequenzen zugeordnet und zur weiteren Verbesserung des Potentials verwendet.
Molekülphysik
Dienstag
MO 4.6 Di 15:15 B 305
Spektroskopische Studien zu Ionen-Liganden Wechselwirkungen von Biophysikalischem Interesse — •Otto Dopfer und Nicola Solca — Institut für Physikalische Chemie, Universität Basel,
Klingelbergstrasse 80, CH-4056 Basel, Schweiz
Kationische Komplexe der Form A+ -Ln , bestehend aus (substituierten) aromatischen Ionen und einer definierten Anzahl (un)polarer Liganden, werden mit IR Photodissoziationsspektroskopie charakterisiert. Die
Komplexe werden in einer Elektronenstoss Clusterionenquelle erzeugt [1],
die (im Gegensatz zu oft verwendeten Photoionisationsmethoden) bevorzugt die stabilste Konfiguration der Komplexe produziert. Die Ergebnisse
liefern detaillierte Informationen zum Wechselwirkungspotential (Strukturen, Bindungsenergien, Isomere, etc.) und dem Clusterwachstum. Die
Resultate werden anhand ausgewählter Modellsysteme diskutiert. Diese
beinhalten Komplexe bestehend aus (substituierten) Benzolkationen und
unpolaren (Ar, N2 , CH4 ) sowie polaren (H2 O, CH3 OH) Liganden [2].
[1] E.J. Bieske and O. Dopfer, Chem. Rev. 100, 3963 (2000). [2] N.
Solca and O. Dopfer, J. Phys. Chem. A 105, 5637 (2001); Chem. Phys.
Lett. in press; Eur. Phys. J. D 20, 469 (2002); J. Phys. Chem. A 106,
7261 (2002); Chem. Phys. Lett. 347, 59 (2001).
MO 4.7 Di 15:30 B 305
Exciting gas-phase biomolecules — •Joost M. Bakker1 , Luke
MacAleese1 , Gert von Helden1 , and Gerard Meijer1,2,3 —
1
FOM Institute Rijnhuizen, Edisonbaan 14, NL-3439 MN Nieuwegein
— 2 University of Nijmegen, Toernooiveld 1, NL-6525 ED Nijmegen —
3
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4-6, D14195 Berlin
We present gas phase Infrared (IR) spectra of the amino acid Tryptophan. Tryptophan is a highly flexible molecule that is known to exist in
many different conformations. The aim of the experiment is to obtain
IR spectral information of different, well-defined conformers in order to
learn about the structure. This is done by IR excitation, followed by
conformer specific UV ionization.
As different conformations can have different excitation energies to the
first electronically excited state, IR spectra of specific conformations can
be measured. For Tryptophan, the IR spectra are found to be highly
dependent on the conformation. The comparison of the experiment with
results from quantum-chemical calculations allows for a rather solid structural assignment for the different conformers.
MO 5 Theorie
MO 5.1 Di 14:00 B 302
Rovibrational structures of small molecules: Theory and Algorithms — •Mirjana Mladenović — Institut für Physikalische
Chemie, Universität Göttingen, 37077 Göttingen
Finding accurate quantum mechanical solutions to molecular problems
within the Born-Oppenheimer approximation begins with the derivation
of the exact quantum mechanical expressions of the kinetic energy operator in the internal coordinates and requires the development of computational methods which are capable of solving the appropriate Schrödinger
equation for a given potential energy surface. Several aspects relevant for
theoretical studies of vibrational motion in rotating molecules, such as
the description of the internal geometry, angular parametrization, vibrational angular momenta, and numerical approaches employing discrete
variable representations, will be discussed on several examples.
MO 5.2 Di 14:15 B 302
Sechsdimensionale
intermolekulare
Schwingungskopplung
— •Andreas Jansen und Markus Gerhards — Institut für
Physikalische Chemie und Elektrochemie I, Heinrich-Heine-Universität
Düsseldorf
Die intermolekularen Schwingungen eines binären Clusters sind häufig
durch Anharmonizität und starke Kopplungen geprägt. Somit ist ein
eindimensionaler und harmonischer Ansatz nicht geeignet, den intermolekularen Teil experimenteller Schwingungsspektren des Grund- und angeregten Zustandes zu erklären. Ein allgemeiner Ansatz basierend auf
dem “molecule-large molecule” Hamiltonian und einer 3D-DVR/Wigner
Basis [1] wird in Kombination mit Filter-Diagonalisierung [2] benutzt, um
sechsdimensionale Eigenwerte und Eigenfunktionen zu erhalten. Durch
systematischen Vergleich der sechsdimensionalen Ergebnisse mit Rechnungen kleinerer Dimension und grafische Auswertung der Eigenfunktionen gelingt eine Zuordnung aller relevanten Eigenwerte. Diese Methode
wird am Beispiel des Phenol(H2 O)1 zur Interpretation der experimentellen Daten [3] genutzt. Der direkte Vergleich mit dem Experiment erlaubt
zudem eine Verbesserungen der verwendeten Potentialfunktion.
[1] W. Kim, D. Neuhauser, M.R. Wall, P.M. Felker, J. Phys. Chem. 110,
8461 (1999)
[2] V.A. Mandelshtam, H.S. Taylor, J. Phys. Chem. 106, 5085 (1997)
[3] W. Roth, K. Kleinermanns, to be published
MO 5.3 Di 14:30 B 302
Quantendynamik von bimolekularen Substitutionsreaktionen in
vier Dimensionen — •Stefan Schmatz — Institut für Physikalische
Chemie der Universität Göttingen, Tammannstr. 6, 37077 G öttingen
Bei nukleophilen bimolekularen (SN 2-) Reaktionen bilden sich zwischen angreifendem Nukleophil und Substratmolekül relativ stabile intermediäre Komplexe X− · · · CH3 Y (X, Y: Halogen) aus, denen Resonanzzustände mit definierten Lebensdauern zugeordnet sind. Für die kollineare symmetrische SN 2-Reaktion Cl− + CH3 Cl0 → ClCH3 + Cl0− wurde eine 4D-Coupled-Cluster-Potentialhyperfläche (CCSD(T)) konstru-
Raum: B 302
iert. Mit der Filterdiagonalisierungsmethode in Verbindung mit komplexen absorbierenden Potentialen wurden konvergierte gebundene Schwingungszustände und Resonanzzustände der Intermediate weit oberhalb
der Dissoziationsschwelle berechnet. Der Mehrzahl der Zustände bis
zum ersten Oberton der symmetrischen C-H-Streckschwingung konnten
vier Quantenzahlen (symm. C-H-Streckschwingung ν1 , Schirmwinkelschwingung ν2 , intra- und intermolekulare Methyl-Halogen-Moden ν3 und
ν4 ) zugeordnet werden. Der Effekt deutlich verschiedener mittlerer Lebensdauern von Resonanzzuständen gerader und ungerader Symmetrie,
der in Zweimoden-Rechnungen gefunden worden war, bleibt in den 4DRechnungen schwächer ausgeprägt erhalten. Die Resonanzbreiten decken
nun einen erheblich größeren Bereich ab, da Zustände mit Anregung in
ν1 und ν2 besonders langlebig sind. Die Breiten der Resonanzen werden
größer mit Anregung in jeder der vier Moden. Aufgrund der starken
Mischung zwischen vielen Progressionen in ν4 ist dieser Anstieg jedoch
nicht monoton.
MO 5.4 Di 14:45 B 302
Zwei-Spinor voll relativistische Finite-Elemnente-Methode
Lösung der zwei Zentren Coulombproblems.
— •Ossama
Kullie1 , Dietmar Kolb1 und Andrzej Rutkowski2 — 1 FB18
der Universität Kassel , Heinrich-Plett Str. 40, 34132 Kassel —
2
Department of Physik and Computer Methods, University of Warmia
and Mazury, Pl-10561 Olsztyn, Poland
Eine hochgenaue 2-Spinor voll relativistische Lösung des zwei Zentren
Coulombprolems nutzt die Finite Elemente Methode (FEM). Wie bei der
früheren Beschreibung durch die 4-Spinor Dirac Gleichung verwenden wir
ellyptisch hyperbolische Koordinaten, Globalfaktoren und weitere eindimensionale singuläre Koordinaten Transformationen. Die 2-Spinor Energien fuer H+
2 sind erheblich genauer als die 4-Spinor Werte im gleichen
Gitter, bei Th+179
erhält man vergleichbare Genauigkeiten. Die 2-Spinor
2
Energie Berechnungen konvergieren von oben her, zeigen bemerkenswerte Detailunterschiede und sind erheblich schneller und stabiler. Aus dem
Zusammnhang mit der nicht-relativistischen Schrödingergleichung ergeben sich verbesserte Möglichkeiten der voll relativistischen Beschreibung
von Molekülen.
MO 5.5 Di 15:00 B 302
Spin-Polarisation in relativistischer Dichtefunktionaltheorie —
J. Anton1 , •B. Fricke1 und T. Jacob2 — 1 Fachbereich Physik, Universität Kassel, D-34109 Kassel — 2 California Institute of Technology,
Pasadena, USA
In einer nicht-relativistischen Dichtefunktionalbeschreibung wird der
Spin eines Teilchens (Elektrons) explizit mitberücksichtigt, indem anstatt der Dichte die Spin-Dichten verwendet werden. In der relativistischen Beschreibung wird die totale Energie eines System als Funktional des Vierer-Stroms betrachtet und deshalb sollte der Spin eines Teilchens und alle damit verbundene Effekte in den relativistischen Funktionalen mitenthalten sein [1]. Die Praxis zeigt aber, dass dies nicht der
Molekülphysik
Dienstag
Fall ist, und die Spin-Polarisation doch explizit mitberücksichtig werden
mus̈. Eine Möglichkeit besteht darin, neben der elektronischen Dichte auch die Magnetisierungsdichte einzuführen. Damit eröffnet sich die
Möglichkeit die magnetischen Eigenschaften eines System zu beschreiben.
Wir präsentieren hier im Rahmen eines voll relativistischen Dichtefunktionalprogramms die Mitberücksichtigung der Spin-Polarisation. Dies
soll am Beispiel mehrerer Moleküle diskutiert werden [2].
[1] E
. Engel, R. M. Dreizler, S. Varga, and B. Fricke, Relativistic Effects
in Heavy-Element Chemistry and Physics., edited by B. A. Hess, John
Wiley & Sons, 2001
[2] J
. Anton, T. Jacob, B. Fricke, and E. Engel, Phys. Rev. Lett. 89,
213001 (2002)
MO 5.7 Di 15:30 B 302
Erzeugung hoher Harmonischer in Molekülen — •Manfred Lein
und Jan-Michael Rost — Max-Planck-Institut für Physik komplexer
Systeme, Nöthnitzer Straße 38, 01187 Dresden
Wir untersuchen die Erzeugung hoher Harmonischer in Molekülen unter dem Einfluss starker Laserfelder. Elektronen, welche durch Tunnelionisation aus einem der atomaren Zentren emittiert werden, können am
Nachbaratom reflektiert werden und zum Ausgangsatom zurückkehren.
Bei großem Kernabstand beträgt die Rückkehrenergie bis zum 32-fachen
des Ponderomotivpotentials, sodass durch Rekombination sehr hohe Harmonische erzeugt werden. Die vieldiskutierte Rekombination eines Elektrons am Nachbaratom ist nur in Molekularionen von Bedeutung. In
neutralen Molekülen wird dieser Prozess infolge der Elektron-ElektronKorrelation ineffizient.
MO 5.6 Di 15:15 B 302
Numerisches Hartree-Fock mit einem Finite-ElementeMehrgitterverfahren (FEM-MG) — •Oliver Beck1 , Dirk
Heinemann2 und Dietmar Kolb1 — 1 Fachbereich Physik Universität
Kassel — 2 Abteilung 1 Universität Kassel
Die
Hartree-Fock-Methode
ist
eine
Standardmethode
zur
näherungsweisen
Lösung
des
Vielteilchenproblems
der
Schrödingergleichung. Wie in einer früheren Publikation [1] schon
gezeigt wurde, kann man durch Anwendung der Finiten-Elemente
Methode (FEM) auf zweiatomige Moleküle sehr gute Genauigkeiten für
die Gesamtenergien erreichen. Dabei konvergiert die Gesamtenergie in
Abhängigkeit von der Punktzahl n und der Ordnung der Ansatzfunktionen p mit einem Fehler ∝ n−p . Wir haben nun die entstehenden
FEM-Gleichungen mit einem Mehrgitteralgorithmus gelöst. Dabei beseitigt man kurzreichweitige Fehler mit einer üblichen Iterationsmethode
und die langreichweitigen durch Lösung auf einem gröberen Gitter.
Dieser Algorithmus skaliert, anders als andere Matrix Lösungsmethoden,
linear in der Punktzahl. Wir präsentieren für verschiedene Moleküle
Ergebnisse zu diesen Eigenschaften und diskutieren Möglichkeiten für
exakten Austausch bei Dichtefunktionalen.
[1] D.Heinemann, B.Fricke, D.Kolb, Phys. Rev. A, 38 (1988), 4994
MO 5.8 Di 15:45 B 302
Theoretische Untersuchungen an Anionen-Komplexen des Typs
Hal− · · · H-CHal3 (Hal: F, Cl) — •Peter Botschwina und Kerstin Starke — Institut für Physikalische Chemie Tammannstraße 6
37077 Göttingen
Die negativ geladenen Komplexe des Typs Hal- · · ·H-CHal3 (Hal: F
oder Cl) sind stark gebunden und damit mit der herkömmlichen Methode der Infrarot-Prädissoziationsspektroskopie nicht direkt zu beobachten.
Ähnlich wie bei den bereits mit hochauflösender Spektroskopie studierten
dreiatomigen Bihalid-Anionen [FHF]- und [ClHCl]- sowie bei dem von
uns kürzlich theoretisch untersuchten Komplex [FHCCH]- [1] führen bei
den Titel-Komplexen die wasserstoffbrückengebundenen H-Atome langamplitudige Streckschwingungen aus. Das Poster berichtet über Ergebnisse umfangreicher Coupled Cluster-Rechnungen, die möglichst genaue
Vorhersagen von Bindungsenergien und diversen spektroskopischen Eigenschaften zum Ziel haben. Zudem werden die Reaktionsenthalpien der
exothermen Reaktionen Hal3 C- + H-Hal −→ Hal3 C-H + Hal- berechnet.
[1] P. Botschwina, T. Dutoi, M. Mladenović, R. Oswald, S. Schmatz, H.
Stoll, Faraday Disc. 188 (2001) 450.
MO 6 Poster I
MO 6.1 Di 16:00 Lichthof
Photodissoziation von Natriumiodid im Molekülstrahl —
•Marcel Dickow1 , Sophie Kröger1 , Oleg Vasyutinskii2
und Dieter Zimmermann1 — 1 Institut für Atomare Physik und
Fachdidaktik, Technische Universität Berlin, Hardenbergstr. 36, 10623
Berlin — 2 Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg
Natriumiodid (NaI) gilt als eine Standardsubstanz für das Verständnis
der innermolekularen Potentiale von Alkalihalogeniden, die im sichtbaren
optischen Bereich und dem näheren Umfeld keine auflösbaren Spektren
aufweisen. Durch Photodissoziation mit UV-Laserpulsen und Untersuchung der Winkelverteilung und Polarisation der Photofragmente kann
jedoch indirekt auf den Potentialverlauf geschlossen werden.
In einer Vakuumkammer wird bei einem Restdruck von 10−6 mbar ein
Molekülstrahl durch Verdampfen von NaI in einem widerstandsbeheizten Ofen erzeugt. Die senkrecht zum Molekülstrahl einfallenden, zirkular
polarisierten UV-Laserpulse (10 ns, 248 nm, 5 Hz) eines KrF-ExcimerLasers dissozieren die Moleküle in neutrale Photofragmente Na(2 S) und
I*(2 P1/2 ). Zum Nachweis der Na-Atome wird die Absorption eines cwFarbstofflaser-Strahls auf einer Natrium D-Linie zeitaufgelöst relativ zu
den Excimer-Laser-Pulsen gemessen.
Es werden erste Ergebnisse vorgestellt und diskutiert.
Momentum vector correlation in 3-body decay of H3 — •Ulrich
Galster, Patrick Kaminski, Ulrich Müller, Hanspeter Helm,
Alexei Meremianin, Michael Walter, and John Briggs —
Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs Universität, Freiburg, Germany
Kinematically complete investigations of triatomic hydrogen dissociating into three ground state hydrogen atoms reveal highly structured
maps of correlation between the momentum vectors of the three atoms.
Well-defined Rydberg states of H3 are prepared via laser-excitation. Nonadiabatic couplings between the Born-Oppenheimer potential energy surfaces initiate three-body dissociation. The fragment momentum vector
Raum: Lichthof
correlation maps [1] provide a direct view of these couplings, albeit hidden
in an inverse problem of relating phase-space density in the correlation
map to phase-space density in the molecular state. They are also applicable to predict a reliable cross section for dissociative recombination [2].
We discuss the experimental observations and outline general rules for
the analysis of the correlation maps. Research supported by the DFG
(SFB 276 TP C13).
[1] U. Müller, Th. Eckert, M. Braun and H. Helm, Phys. Rev. Lett. 83,
2718 (1999).
[2] V. Kokoouline, C. H. Greene, and B. D. Esry, Nature 412, 891 (2001).
Unterscheidung von Cluster-Isomeren in PhotodissoziationsExperimenten — •Manuel Vogel1 , Klavs Hansen2 , Alexander
Herlert1 und Lutz Schweikhard3 — 1 Institut für Physik, JohannesGutenberg-Universität, 55099 Mainz — 2 Department of Physics, University of Jyväskylä, FIN-40014 Jyväskylä — 3 Institut für Physik, ErnstMoritz-Arndt-Universität, 17487 Greifswald
Massenselektierte Ensembles von Clustern können aus isomeren Strukturen zusammengesetzt sein, deren Anwesenheit a priori nicht bekannt
ist. Entsprechend können Untersuchungen verfälscht werden, indem nur
Mittelwerte der Beiträge der verschiedenen Isomere gemessen werden.
Daher ist es wünschenswert, die Anwesenheit verschiedener Strukturisomere experimentell zu erkennen und spezifische Isomere zu selektieren.
Wir diskutieren entsprechende experimentelle Verfahren unter Verwendung von Photodissoziation hinsichtlich ihres Potentials und der notwendigen Voraussetzungen für ihre Anwendung.
Molekülphysik
Field-free ion imaging and the velocity redistribution of excited atoms by radiative excitation transfer in the photodissociation of state selected Na2 — •Oliver Kaufmann1 , Aigars
Ekers1 , Nikolai Bezuglov2 , and Klaas Bergmann1 — 1 University
of Kaiserslautern, Dept. of Physics, Erwin-Schrödinger Str., D-67663
Kaiserslautern, Germany — 2 St. Petersburg State University, Fock Institute of Physics, 198904 St. Petersburg, Russia
1
∗
The photodissociation process Na2 (X1 Σ+
g , v”) +hν →Na2 (B Πu ) →
∗
Na (3p3/2 ) + Na(3s1/2 ) has been studied using a novel ”field-free” ion
imaging. The experiment uses a supersonic Na/Na2 beam and the STIRAP technique to prepare the molecules in selected rovibronic levels
of the electronic ground state. The Na(3p3/2 ) photofragments are photoionised (or excited to high Rydberg states) in a permanently fieldfree reaction zone. The measured photofragment angular distributions
are well explained by the anisotropic nature of the photodissociation
by polarised laser light. However, besides the relatively fast Na(3p3/2 )
photofragments, the measured images show an unexpectedly efficient formation of Na(3p3/2 ) atoms with very small momentum transverse to the
molecular beam axis. The ratio of numbers of slow and fast excited atoms
is about 0.4. This dramatic velocity redistribution is explained by radiative excitation transfer between atoms. Using the theory of radiation
trapping, we derived an analytical formula discribing this mechanism.
In good agreement with the experiment, it yields a ratio of slow to fast
Na(3p3/2 ) fragments of 0.41 and 0.32 for photofragmentation from vibrational levels v” = 17 and v” = 23, respectively.
Momentum vector correlation in 3-body decay of H3 — •Ulrich
Galster, Patrick Kaminski, Ulrich Müller, Hanspeter Helm,
Alexei Meremianin, Michael Walter, and John Briggs —
Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs Universität, Freiburg, Germany
Kinematically complete investigations of triatomic hydrogen dissociating into three ground state hydrogen atoms reveal highly structured
maps of correlation between the momentum vectors of the three atoms.
Well-defined Rydberg states of H3 are prepared via laser-excitation. Nonadiabatic couplings between the Born-Oppenheimer potential energy surfaces initiate three-body dissociation. The fragment momentum vector
correlation maps [1] provide a direct view of these couplings, albeit hidden
in an inverse problem of relating phase-space density in the correlation
map to phase-space density in the molecular state. They are also applicable to predict a reliable cross section for dissociative recombination [2].
We discuss the experimental observations and outline general rules for
the analysis of the correlation maps. Research supported by the DFG
(SFB 276 TP C13).
[1] U. Müller, Th. Eckert, M. Braun and H. Helm, Phys. Rev. Lett. 83,
2718 (1999).
[2] V. Kokoouline, C. H. Greene, and B. D. Esry, Nature 412, 891 (2001).
Unimolecular fragmentation of polycyclic aromatic hydrocarbons — •Adalbert Ding, Christian Lenski, and Michael Lenski
— Technische Universität Berlin, Optisches Institut, Sekretariat P1-1,
Strasse des 17. Juni 135, 10623 Berlin
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are supposed to be the carriers of the diffuse interstellar bands (DIB). Most favoured theories concerning the DIB-phenomenon propose that the observed radiation originates from infrared fluorescences of vibronic highly excited PAHs. Photodissociation of PAHs has been shown to be the principal process competing with radiative relaxation of these PAHs. Due to their high resilience towards decomposition PAHs are attractive compounds for photoionization studies.
In the present study light from the Berlin synchrotron BESSY was used
to investigate the fragmentation of various PAHs by means of standard
ionisation and coincidence techniques.
After having been ionized using photon energies between 10 eV and
30 eV various substances have been analyzed in a McLaren-type time of
flight mass spectrometer.
At sufficiently high photon energies the studied PAHs dissociate by
splitting off H-atoms and Cx Hy -fragments. The critical energies are determined and compared with appropriate values from electron bombardement ionisation. By means of experimentally taken breakdown curves
Dienstag
the isomerisation processes of the studied substances are discussed. At
least the breakdown curves mentioned before are compared with RRKM
calculations.
The J-Band of Organic Dyes: Lineshape and Coherence Length
— •Alexander Eisfeld — Fakultät für Mathematik und Physik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Strasse 3, D-79104 Freiburg
Self-organised J-aggregates of dye molecules, known for over 60 years,
are emerging as remarkably vertasile quantum systems with applications
in photography, opto-electronics, solar cells, photobiology and as supramolecular fibres.
Recently there has been much effort to achieve quantum entanglement
and coherence on the nanoscale in atom traps and quantum dot aggregates (for use in quantum computing). We point out that the excitonic
state of the J-Aggregate is a text-book case of mesoscopic quantum coherence and entanglement. The establishment of coherence can literally
be seen since the dye changes color dramatically on aggregation due to
strong shifts in the absorption spectrum.
Here we reproduce in a simple theory the shifts and shapes of absorption spectra upon aggregation to a polymer and calculate the coherence
length of quantum entanglement of monomer wavefunctions [1].
[1] A. Eisfeld, J.S. Briggs, Chem. Phys. 281, 61 (2002)
Hochauflösende Elektronenanlagerung an SF6 — •M. Braun, S.
Barsotti, S. Marienfeld, M.-W. Ruf und H. Hotop — FB Physik, Universität Kaiserslautern
−
Es wurde die Bildung von SF−
6 und SF5 bei Elektronenanlagerung an
SF6 temperaturabhängig im Bereich 300 K bis 600 K mit zwei Methoden
untersucht. Die Laser Photoelectron Attachment (LPA) - Methode[1]
umfasst den Energiebereich von 0 bis 200 meV bei einer Auflösung von
1 meV. Bei der modifizierten LPA - Methode wird die Erzeugung der
Elektronen und Anlagerung räumlich getrennt und durch Anlegen von
elektrischen Feldern unter Magnetfeldführung die gewünschte Energie E
im Bereich von 0 bis 1,5 eV eingestellt. Die dabei erreichte Auflösung
beträgt 20 meV. Während bei SF−
6 der Querschnitt für zunehmende Temperaturen zurückgeht, wächst der SF−
5 Querschnitt bei E ≈ 0 von sehr
−3
kleinen Werten im Vergleich zu SF−
6 (10 ) ab einer Temperatur von
400 K stark an, woraus sich die Aktivierungsenergie zu 0,24 eV für diesen Kanal bestimmen lässt. Ab einer Energie von 0,4 eV zeigt SF−
5
einen Anstieg im Querschnitt, der für 0,6 eV ein Maximum hat und dessen Querschnitt (fast) unabhängig von der Temperatur ist. Diese Arbeit
wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Forschergruppe Niederenergetische Elektronenstreuprozesse) und das Zentrum für Lasermesstechnik und
Diagnostik
[1] D. Klar, M.-W. Ruf, H. Hotop, Int. J. Mass Spectrom., 205, (2001), 93
Experimente zur Untersuchung von Stößen zwischen Atomen
und Molekülen in einem molekularen Materiewelleninterferometer — •Matthias Frank, Ivan Sherstov, Sebastian Jung,
Christian Lisdat, Horst Knöckel und Eberhard Tiemann —
SFB 407 - Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Die Untersuchung langreichweitiger Wechselwirkungen atomarer Systeme ist vor allem im Hinblick auf Experimente mit kalten Ensembles
von großem Interesse. Wir erproben Möglichkeiten zur Gewinnung von
Information über kalte Stöße zwischen K-Atomen und K2 -Molekülen in
einem Ramsey-Bordé-Interferometer [1]. Eine Variation der Stoßbedingungen im Interferometer wird durch gezielte Präpartion der Atome mittels Anregung in höhere elektronische Zustände oder Ablenkung aus dem
Interferometer bewirkt. Erste unter Einsatz dieser Techniken gewonnene Beobachtungen an den Interferogrammen werden vorgestellt. Ferner präsentieren wir geplante weitere Schritte zum Einsatz der Materiewelleninterferometrie zur Untersuchung kalter Stöße sowie in der Molekülspektroskopie.
[1]Ch. Lisdat, M. Frank, H. Knöckel, M.-L. Almazor, E. Tiemann,
Eur. Phys. J. D 12, 235 (2000)
Molekülphysik
Photoelektronenspektroskopie am System Perylen:TiO2 —
•Lars Gundlach1 , Ralph Ernstorfer1 , Silke Felber1 , Lars
Töben1 , Rainer Eichberger1 , Elena Galoppini2 , Qian Wei2
und Frank Willig1 — 1 Hahn-Meitner-Institut, Glienickerstr.
100, D-14109 Berlin, Germany — 2 Chemistry Department, Rutgers
University, N.J., USA
Die Dynamik des photoinduzierten heterogenen Elektronentransfers
an Farbstoff:TiO2 Systemen ist von grossem Interesse. Bisher wurden
die Untersuchungen im Wesentlichen mit Hilfe transienter Absorptionsspektroskopie an kolloidalen Schichten durchgeführt, die keine Energieauflösung bietet. Für eine Interpretation der gemessenen Zeitkonstanten ist jedoch die Kenntnis der energetischen Lage der beteiligten Molekülorbitale in Bezug zur Bandstruktur des Halbleiters entscheidend.Es
werden PES Untersuchungen am System Perylen mit starrer Ankergruppe gebunden auf Rutil TiO2 (110) vorgestellt. Mittels Ultraviolet Photoelektronen Spektroskopie konnte die Lage des untersten besetzten Zustands des Perylen oberhalb der Valenzbandkante des TiO2 bestätigt
werden. Die energetische Lage des angeregten Perylens bezüglich des
Ferminiveaus von TiO2 konnte durch 2-Photonen Photoelektronen Spektroskopie der ins Leitungsband injizierten Elektronen bestimmt werden.
Dynamics of anion-molecule reactions — •Jochen Mikosch,
Dirk Schwalm, Matthias Weidemüller, and Roland Wester
— MPI für Kernphysik, Postfach 103980, 69029 Heidelberg
Reactions of negative ions and ion clusters with neutral molecules are
important in various environments, from the liquid phase to the Earth’s
atmosphere. The presence of negative ions in the interstellar medium is
also speculated. Compared to chemical reactions of neutral molecules,
the long-range interactions in ion-molecule reactions lead to interesting
and different dynamics, such as found in gas-phase SN 2-reactions.
To investigate anion-molecule reactions in a controlled experiment, a
cold negative ion cluster source and an RF ion trap are currently under
construction in our laboratory. With this setup, we will be able to study
reaction rates and product ion distributions of anion-molecule reactions
in the temperature range of 10 to 300 K. Investigations of reactive scattering in a crossed-beam configuration are planned.
The chemiluminescent reaction Sr+ICl→SrCl∗ +I: fluorescence
spectra and steric effects — •Axel Woelke and H.J. Loesch —
Fakultät für Physik, Universität Bielefeld, 33615 Bielefeld, Germany
We present the results of crossed molecular beam experiments on the
title reaction, were both Sr and ICl are in the ground state.
The spectra emitted by the electronically excited species have been
measured over a wide range of collision energies 1.1 < Etr < 2.9 eV .
The chemiluminescence is essentially due to the SrCl A and B states.
Simulation calculations of the spectra indicate that the vibrational state
population is essentially non-thermal and characterized by a rather narrow bell shaped curve centered around ν = 13 ± 2. The SrCl C-state
contributes less than 1% to the total light yield. The formation of excited SrI molecules is also not significant.
Using the brute force method to orient the ICl molecules we have measured the steric effect at a collision energy of Etr = 2.7eV . The sign of
the effect indicates that collisions with the Cl end lead preferentially to
excited SrCl products. The results are consistent with a cone of nonacceptance whose full apex angle centered around the I-atom amounts to
92o .
Crossed beam experiments versus quantum and quasiclassical
trajectory scattering calculations on an ab initio potential energy surface (PES) for the prototype insertion reaction C(1 D)
+ H2 (D2 ) — •R. Bobbenkamp1 , G. Capozza1 , N. Balucani1 , E.
Segoloni1 , P. Casavecchia1 , A. Russo2 , L. Bañares3 , F.J. Aoiz3 ,
P. Honvault4 , B. Bussery-Honvault4 , and J.M. Launay4 — 1 Dip.
di Chimica - Univ. di Perugia, Italy — 2 Dep. of Physics - Univ. of Bielefeld, Germany — 3 Dep. de Quimica Fisica, Univ. Complutense, Madrid,
Spain — 4 PALMS/SIMPA - UMR 6627 du CNRS, Univ. de Rennes I,
France
We have investigated the reaction C(1 D)+H2 at two collision energies,
EC =1.86 and 3.8 kcal/mol, and the isotope variant C(1 D)+D2 at EC =3.7
kcal/mol by measuring product angular and velocity distributions using a
Dienstag
crossed beam apparatus with mass spectrometric detection and time-offlight analysis. The CH product is formed mainly in v’=0 at the lowest
EC , while also some CH(v’=1) is observed at the higher EC . The experimental results at EC =1.86 kcal/mol have been compared with those
of exact quantum-mechanical (QM) scattering calculations and of quasiclassical trajectory (QCT) calculations carried on a new ab initio PES.
Only QCT calculations are available for the higher EC and for C(1 D)+D2 .
While there is a good agreement between QCT and QM results, some
disagreement between experiment and theoretical predictions is noted,
pointing to some inadequacies of the PES.
Experiments on ultrafast electron transfer from perylene
into a nanostructured TiO2 film — •Carsten Zimmermann1 ,
Ralph Ernstorfer1 , Silke Felber1 , Lars Gundlach1 , Rainer
Eichberger1 , Elena Galoppini2 , Qian Wei2 , and Frank Willig1
— 1 Hahn-Meitner-Institut, Glienicker Str.
100, 14109 Berlin —
2
Department of Chemistry, Rutgers University, Newark, N.J., USA
Ultrafast photoinduced heterogeneous electron transfer from large
molecular adsorbates into a semiconductor is an interesting fundamental
case study of interfacial reactions. The electron transfer reaction was
measured with fs transient absorption for the perylene chromophore adsorbed on nanocrystals of TiO2 that formed a sponge-type layer. The
transfer time is controlled by the strength of the electronic coupling.
The electronic coupling strength can be modified by inserting molecular spacer groups with saturated bonds between the chromophore and
the semiconductor surface as well as by attaching the chromophore via
different anchor groups to the TiO2 surface. Different procedures in the
preparation of the TiO2 layers are a further possibility to vary the barrier
for the electron transfer reaction. Time constants for the electron injection between sub-15 fs and hundreds of femtoseconds were found with
spacer-cum-anchor groups of different length, flexibility and chemical
composition. The influence of the environment on the ultrafast electron
transfer reaction (injection and recombination) between the photoexcited
perylene dye and the TiO2 was measured using a special designed samplechamber switchable between ultra high vacuum (10−10 mbar) and different gas or solvent environments.
Vergleich von H- und D-Atom-Transfer in Indol-Ammoniak
Clustern — •Helmut Lippert1 , Volker Stert1 , Lukas Hesse1 ,
C.P. Schulz1 , Ingolf Volker Hertel1,2 und Wolfgang Radloff1 — 1 Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2A, D-12489 Berlin, Germany — 2 Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14,
D-14195 Berlin, Germany
Die Dynamik der dissoziativen H(D)-Transfer Reaktion in nichtdeuterierten bzw. deuterierten Indol-Ammoniak Clustern wurde mittels fs
Laserimpulsen im Wellenlängenbereich von 250 – 280 nm untersucht.
Auf der sub-ps Zeitskala wurde kein Isotopeneffekt gefunden. Auf einer
längeren Zeitskala (einige 100 ps) wird hingegen für die deuterierten Elterncluster sowie die Dissoziationsprodukte eine deutlich verlängerte Umorientierungsdynamik beobachtet. Dieser Isotopeneffekt wird im Rahmen
unseres Reaktionsmodells interpretiert.
Femtosecond Spectroscopy of DMABN in the Solid State
— •Peter Gilch, Christopher Root, Helmut Satzger,
Markus Braun, and Wolfgang Zinth — Sektion Physik,
Ludwig-Maximilians-Universität, Oettingenstr. 67, D-80538 München,
Germany
Upon photo-excitation many molecular system are known to undergo
large and ultrafast structural changes in solution. In solid state these
changes are often suppressed due to steric constraints exerted by the
lattice. A prominent example for large conformational changes after photo-excitation is the photoreaction of 4-dimethylaminobenzonitrile
(DMABN) in polar solvents. In DMABN a partial charge transfer from
the amino- to the cyano-group induced by photoexcitation is accompanied by structural changes of these groups. We compared the photodynamics of DMABN in solution and in solid state by femtosecond spectroscopy. These measurements seem to indicate that the conformational
changes also occur in solid state but that these changes relax much faster
than in solution.
Molekülphysik
Femtosecond pulse shaping in the mid-infrared by differencefrequency mixing — •Thomas Witte, Karl Kompa, and Marcus
Motzkus — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-KopfermannStr. 1, 85748 Garching
The generation of programmable complex femtosecond pulses in the
mid-infrared (3 − 10 µm) with high precision is reported. Designed pulse
shapes in the near-infrared (1−1.6 µm) are transferred to the mid-infrared
via difference frequency mixing with a second infrared pulse spectrally
narrowed in a zero-dispersion compressor. In particular, pulse sequences
with variable relative phases have been obtained. The control of the
pulse properties is achieved purely electronically, allowing for the implementation into a feedback-loop.
Experiments with Phase-Locked Femtosecond Pulses —
•Matias Bargheer, Mizuho Fushitani, Markus Gühr, Toni
Kiljunen und Nikolaus Schwentner — Experimentalphysik, Freie
Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
We generate phase-locked pulse-pairs by sending femtosecond laser pulses through a Michelson interferometer, where one end-mirror can be
moved and stabilized with interferometric precision. When the spectrum
of a pulse pair with delay τ is recorded with a monochromator, spectral
interferences with a spacing of ν = 1/τ are observed. The pulse-pairs are
applied to electronic excitations of molecules. Depending on the phase of
the pulse-pair, the interferences are in or out of resonance with the vibrational absorption lines in the excited state of the molecule, which leads to
a maximal or minimal excitation yield, respectively. In the time domain,
the first pulse excites a vibrational wavepacket and the second pulse excites another wavepacket which interferes constructively or destructively
[1]. Alternatively, pulses with the same spectrum and/or time structure
are produced in a pulse-shaper with amplitude and phase modulation.
The of interference of wavepackets in molecules with different coupling
to the environment is studied in this way. The system Cl2 in Ar solids
is a suitable candidate, because the absorption spectrum exhibits regions with clean zero phonon lines (undisturbed wavepacket) and regions
with increasing phonon sidebands (wavepacket coupled to surrounding).
This situation promises to yield a deeper understanding of the problem
of decoherence.
[1] J. Chem. Phys. 95, 1487 (1990)
¯
Der Energiefluss in photosynthetischen Lichtsammelkomplexen.
Spektroskopie und Kontrolle. — •Wendel Wohlleben1 , Tiago
Buckup1 , Jennifer L. Herek2 , Richard J. Cogdell3 und Marcus
Motzkus1 — 1 MPI für Quantenoptik, D-85748 Garching — 2 AMOLF,
Amsterdam, NL — 3 IBLS, University of Glasgow, UK
Carotenoide sind natürliche Pigment-Moleküle, die blaugrünes Licht
absorbieren, komplementär zum Spektrum von Chlorophyll. Integriert
in Lichtsammelkomplexe, transferieren Carotenoide Anregungsenergie
zu diesen sowohl direkt vom absorbierenden als auch von niedrigeren
Zuständen nach interner Konversion.
Hier präsentieren wir vergleichende Studien an Carotenoiden in Lösung
und im Lichtsammelkomplex LH2 von Rps. acidophila. Verschiedenartige spektroskopische Methoden ergeben übereinstimmend die Notwendigkeit, das akzeptierte Bild der beteiligten Niveaus zu erweitern. Ferner
werden als Mechanismen der kohärenten Kontrolle [1] diskutiert, wie niederfrequente Moden die Aufspaltung des Energieflusses in interne Konversion oder Anregungstransfer gezielt beeinflussen können.
[1] J.L. Herek, W. Wohlleben, R.J. Cogdell, D. Zeidler und M. Motzkus, Nature 417 533 (2002)
fs-Pump-Pobe Experimente mit elektronisch angeregtem Ausgangszustand: ClF in Ar — •Markus Gühr, Matias Bargheer,
Toni Kiljunen und Nikolaus Schwentner — Institut für Experimentalphysik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
ClF dotierte Ar Kristalle mit Volumina im cm3 -Bereich wurden mittels FTIR-Spektroskopie (ClF Schwingung: 770 cm−1 und 763 cm−1 ) und
IR-Fluoreszenzspektroskopie (ClF A’→X: 0.6-1 µm) charakterisiert. Die
hohe Zuchttemperatur führt bei vergleichbaren Konzentrationen in den
Kristallen zu einer vermehrten ClF Clusterbildung im Vergleich zu kalt
gezogenen ClF dotierten Ar-Filmen.
An den ClF Monomeren in der Ar-Matrix wurden fs-Pump-Probe Ex-
Dienstag
perimente durchgeführt. Frühere Experimente haben die Dynamik der
niedrigsten elektronisch angeregten Zustände (13 Π0,1,2 , 11 Π1 ) aufgklärt
[1,2]. Die höheren Zustände (23 Π0,1,2 ...) konnten wegen des kleinen
Franck-Condon-Faktors mit dem Grundzustand nicht untersucht werden.
Durch UV-Voranregung mit einer Pulsrate von 1kHz wird eine transiente Population im langlebigen A’13 Π2 (τ =140 ms) Zustand erzeugt.
Mit Hilfe der fs-Pump-Probe Spektroskopie mit A’ als Ausgangszustand können nun auch höhere elektronische Zustände untersucht werden. Diskutiert werden Energierelaxation und Depolarisierung dieser
Molekülzustände in der Ar- Matrix.
[1] M. Bargheer, J. Pietzner, P. Dietrich, and N. Schwentner, J. Chem.
Phys. 115, 9827-9833 (2001)
[2] M. Bargheer, M. Gühr and N. Schwentner, J. Chem. Phys. 117,
5-8 (2002)
Sub Picosecond Mid-IR Induced Molecular Dissociation —
•Lars Windhorn1 , Jake S. Yeston2 , Thomas Witte1 , Werner
Fuss1 , Marcus Motzkus1 , Detlev Proch1 , C. Bradley Moore3 ,
and Karl-Ludwig Kompa1 — 1 MPI für Quantenoptik, D-85741
Garching — 2 NIST, Gaithersburg, MD 20899, USA — 3 The Ohio State
University, Columbus, OH 43210, USA
Chemical reactions proceed in general via bond changes in the electronic ground state and are thus induced by vibrational bond excitations.
For many years experimentalists trying to achieve selective bond excitation were hindered by fast intramolecular vibrational-energy redistribution (IVR). The deposited energy was statistically coupled to all other
vibrational modes on an ultrafast time scale, leading to non-selective reaction behavior. By using femtosecond laser pulses in the mid-infrared we
have excited the asymmetric CNN stretching vibration in diazomethane
(CH2 N2 ) and induced directed scission of the C-N bond. Laser-induced
fluorescence detection (LIF) of 1 CH2 has revealed product formation on
a sub-picosecond time scale, faster than the statistical limit.
H-Transfer-Reaktion im Heterocluster Indol-NH3 : Ab-initioRechnungen im Vergleich zum Experiment — •Hans-Hermann
Ritze1 , Helmut Lippert1 , Volker Stert1 , Claus Peter
Schulz1 , Ingolf Volker Hertel1,2 und Wolfgang Radloff1 —
1
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie,
Max-Born-Str. 2A, D-12489 Berlin, Germany — 2 Fachbereich Physik,
Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, D-14195 Berlin, Germany
Mit Hilfe der MRCI-Methode wurden Potentialflächen für den neutralen bzw. ionischen Grundzustand (X̃ bzw. X̃ −1 ) sowie den neutralen
πσ ∗ -Anregungszustand vom Heterodimer Indol...Ammoniak berechnet,
wobei der N...N- sowie der N...H-Abstand variiert wurden. Die erhaltenen Ergebnisse zum H- bzw. Protonen-Transfer wurden für die Interpretation von Pump-Probe-Experimenten mittels Femtosekundenimpulsen
herangezogen. Insbesondere die beobachtete Isotopenabhängigkeit der
Lebensdauer des Heterodimers auf der Pikosekunden-Zeitskala konnte
damit erklärt werden.
A classical MD study on strong-field alignment and photodissociation vs. recombination of ClF molecule in solid argon.
— •Toni Kiljunen, Matias Bargheer, Markus Gühr, and Nikolaus Schwentner — Institut für Experimentalphysik, FU-Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
Molecular alignment by a strong non-resonant laser pulse and subsequent pump-probe experiment [1,2] is investigated by classical molecular
dynamics simulations. The pump-probe scheme consists of time-delayed
excitations X 1 Σ0 → (B 3 Π0 or 1 Π0 ) → ionic states of ClF molecule in
Ar crystal.
We show the yield of dissociating ClF trajectories and discuss the fate
of cage-exiting F atoms as a competing event to geminate recombination.
Emphasis is put on recombining trajectories. We extract the round-trip
times for the excited state ”wave packet” motion that explains the time
dependence of the measured signal, and show the (p,q) phase-space conditions dictating the processes after excitation. Tendency of molecular
alignment in the solid host in the presence of an intense ultrashort laser
field [3] is examined by simulating the external force due to the polarizability - field interaction.
[1] M. Bargheer, J. Pietzner, P. Dietrich, and N. Schwentner, J. Chem.
Phys. 115, 9827 (2001).
[2] M. Bargheer, M. Gühr, and N. Schwentner, J. Chem. Phys. 117,
Molekülphysik
5 (2002).
[3] J. Ortisogo, M. Rodrígues, M. Gupta, and B. Friedrich, J. Chem.
Phys. 110, 3870 (1999).
Direct Observation of the Steric Effect in Penning Ionisation
−
Reaction of Oriented Ar∗ (3 P2,0 )+CHCl3 →CHC`+
2 +C`+e +Ar
(II) — •Masanori YAMATO1 , Seiki OKADA1 , Victor
Wei-Keh WU1,2,3 , Hiroshi OHOYAMA1 , and Toshio KASAI1
— 1 Department of Chemistry, Graduate School of Science, Osaka
University, Toyonaka, Osaka 560-0043, Japan — 2 Victor Basic Research
Laboratory e.V., Gadderbaumer-Str. 22, D-33602 Bielefeld, Germany
— 3 Department of Electronic Engineering, Lan-Yang Institute of
Technology, 261 Tou-Cheng, I-Lan, Taiwan, Republic of China
Steric effect in Penning ionization of oriented Ar∗ (3 P2,0 )+
Dienstag
−
CHC`3 →CHC`+
2 +C`+e +Ar has been directly observed at Erel =
0.13 eV. CHC`+
2 ions were measured for H−end, CC`3 −end and sideways orientations. The steric opacity function reveals that CC`3 −end
orientation is more favorable than H−end, and the sideways approach is
to be more favorable than collinear approaches with both ends. There is
good correlation betw. the Penning ionization anisotropy and electron
density distr. of the 2a2 HOMO orbital of CHC`3 around the sideways,
by ab initio calc. with QCISD level on the 6-31+G(d) basis sets of
GAUSSIAN-98. Dynamical simulation is sofar impossible, because three
bond lengths of CC`3 of CHC`3 are not differentiable during the reaction, even immediately before one C` is released, and the involved PES
cannot be reconstructed. Ref. J.C.P.113, 6673 (2000). Wu is deeply
thankful for the full financial aids of JSPS in 1999−2000 (No.L99536),
all the colleagues and friends, who have helped and taught him, and the
kindly hospitality of Prof.Dr.Kasai.
MO 7 Femtosekundenspektroskopie: Pulsanalyse und ultraschnelle IR-Spektroskopie
(gemeinsame Sitzung mit FV Q)
MO 7.1 Do 11:00 B 302
Kompaktes FROG-System (GRENOUILLE) als Puls Monitor
— •Stefan Meister und Hans Joachim Eichler — TU-Berlin,
Optisches Institut, Sekr. P 1-1, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin
Ein kompaktes, kostengünstiges FROG-System (GRENOUILLE),
erstmals realisiert von P. O‘Shea 1999, wird vorgestellt. Dieses in SingleShot-Technik arbeitende FROG erlaubt die Echtzeit-Darstellung von
FROG-Signalen und eignet sich damit hervorragend z.B. als Justierhilfe
für Femtosekunden-Laser-Systeme. Das Herzstück dieses FROG ist ein
dicker SHG-Kristall, der neben der Erzeugung des Autokorrelationssignalals als Spektrometer dient. Aufgrund der großen Kristallänge und der
damit hohen SHG-Effizienz ist dieses Verfahren besonders zur Messung
unverstärkter ultrakurzer Pulse geeignet. Der GRENOUILLE hat im
Vergleich mit anderen FROG-Systemen keine kritischen Freiheitsgrade.
Unter Verwendung eines Pulsshapers wurden die Femtosekunden Pulse
eines Ti:Saphir Lasers verändert und konnten mit Hilfe des FROG charakterisiert werden. Der maximale Zeitbereich dieses Single-Shot FROG
beträgt 1,5 ps bei einer erfassbaren spektralen Breite von 25 nm.
MO 7.2 Do 11:15 B 302
Dispersion free spectral phase interferometry: full characterization of ultrashort visible and UV pulses — •Peter Baum, Stefan Lochbrunner, and Eberhard Riedle — LS für BioMolekulare
Optik, Sektion Physik, Ludwig-Maxilimians-Universität München
Widely tunable visible pulses with durations down to 10 fs are readily
generated from a NOPA [1] and by frequency doubling similarly short
UV pulses can be obtained. To fully characterize these pulses without
introducing extra pulse lengthening, we present a dispersion free variant
of the conventional SPIDER [2]. Two chirped and temporally delayed
775 nm fundamental pulses are overlapped with the test pulses in such a
way that the test pulses pass no dispersive material. For the analysis of
extremely short UV pulses at 293 nm a 62 µm thick BBO crystal is used
to generate pulses at the visible difference frequency. For visible pulses
we use sum frequency mix in 25 to 50 µm thick BBO crystals. The two
resulting pulses that are temporally delayed and frequency shifted are
brought to interference in a high resolution spectrometer. From the interferogram the spectral phase and the pulse duration can be determined
at about 10 Hz update rate. It is important to notice that the measurement is performed at the focus of a possible spectroscopic experiment
and therefore yields the pulse characterization at the point of greatest
interest.
[1] E. Riedle, M. Beutter, S. Lochbrunner, J. Piel, S. Spörlein, W.
Zinth, Appl. Phys. B 71, 457 (2000)
[2] C. Iaconis, I. A. Walmsley, Optics Letters 23, 792 (1998)
MO 7.3 Do 11:30 B 302
Messung der Träger-Einhüllenden-Dynamik zweier passiv
optisch synchronisierter Laser — •Richard Ell1 , Wolfgang Seitz1 , Uwe Morgner1,2 und Franz X. Kärtner3 —
1
IHQ,Universität Karlsruhe — 2 Max-Planck-Institut für Kernphysik,
Heidelberg — 3 MIT, Cambridge, USA
Ein 5 fs–Ti:Saphir-Laser [1] und ein ps–Nd:YVO4 –Laser werden in ei-
Raum: B 302
ner master-slave Konfiguration rein optisch synchronisiert. Zum Einsatz
kommt dabei ein nichtlinearer Fabry-Perot Spiegel, der extern durch den
Ti:Saphir Laser in seiner Reflektivität moduliert wird [2]. Dies garantiert
die Synchronisation der Pulseinhüllenden. Zur Bestimmung der relativen
Trägerwellenphase der beiden Laser, werden in einem ersten Schritt die
Spektralanteile bei 1064 nm zur Interferenz gebracht. Unter der Annahme, dass innerhalb der Beobachtungszeit von 10µs die Einhüllenden relativ zueinander zeitlich festgelegt sind, liefert diese Interferenz die Differenz der Träger-Einhüllenden Änderungsfrequenzen (fCEO1 − fCEO2 ). Simultan werden die zweite Harmonische von 710 nm des Ti:Saphir und die
dritte Harmonische des Nd:YVO4 bei 355 nm erzeugt und zur Interferenz
gebracht. Das Ergebniss ist die Schwebungsfrequenz (2fCEO1 − 3fCEO2 ).
Aus der simultanen Messung beider Interferenzen können dann leicht
die individuellen Frequenzen fCEO1 bzw. fCEO2 bestimmt werden. Die
Modenkämme beider Laser sind nun vollständig charakterisiert. Dies
eröffnet neue Perspektiven in der Ultrakurzzeitspektroskopie und im Bereich der optischen Frequenzmetrologie.
[1] R. Ell et al., Opt. Lett. (26), 373 (2001)
[2] W. Seitz et al., Opt. Lett. (27), 454 (2002)
MO 7.4 Do 11:45 B 302
Geometrical optical modelling of femtosecond setups having
angular dispersion — •Ida Z. Kozma1,2 , Janos Hebling2 , and
Jürgen Kuhl3 — 1 LS für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Ludwig-Maxilimians-Universität München — 2 Department of Experimental Physics, University of Pecs, Hungary — 3 Max-Planck-Institut
für Festkörperforschung, Stuttgart
We present a reliable and efficient method based on geometrical optics
to model propagation of ultrashort pulses in optical systems. It is shown
that the commonly used method to determine the delay of the spectral
groups of a pulse from the geometrical optical path length of its spectral
components is only correct for aberration-free optical systems. In case of
systems with angular dispersion and imaging errors, a correction to the
optical path length values obtained from ray-tracing calculations must
be applied. For specific systems, negligence of such a correction causes
significant errors. A technique to perform this correction is presented.
An optical arrangement used for the generation and detection of tunable THz radiation by the femtosecond tilted-pulse-front excitation technique is analyzed to demonstrate the indispensability of the correction.
Implementing the modeled optical system, velocity-matched efficient ultrashort THz pulse generation has been achieved in LiNbO3 by tilting the
pulse front of the excitation pulses provided by a Ti:sapphire laser. The
generated broad-band THz radiation has a divergence smaller than 30
mrad, and a central frequency larger than 2 THz. The energy conversion
efficiency is close to 10−5 .
MO 7.5 Do 12:00 B 302
Femtosekundenspektroskopie im mittleren Infrarot zur
grössenabhängigen Erwärmung von Wassertropfen in Mikroemulsionen — •Jörg Lindner, Donald Ouw und Peter
Vöhringer — Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie,
Arbeitsgruppe biomolekulare und chemische Dynamik, Am Fassberg 11,
37077 Göttingen
Molekülphysik
Donnerstag
Wir berichten über Zweifarben-Pump-Probe-Experimente an Wasser
- AOT - Öl Mikroemulsionen bei Zimmertemperatur im Spektralbereich
der intramolekularen OH-Streckschwingung mit einer Zeitauflösung von
100 fs. Nach impulsiver Präparation des Grundtones bei einer Wellenlänge von 3000 nm zeigen Transienten ein Aufheizen der eingeschlossenen Wassertropfen in etwa 1 ps und eine von ihrer Grösse abhängenden
Abkühlungszeit. Erste Ergebnisse deuten ausserdem auf eine Blauverschiebung der transienten Spektren bei einer Pump-Probe-Verzögerung
von einigen ps mit fallender Tropfengrösse hin. Wir diskutieren diese Befunde sowie das beobachtete Anisotropieverhalten im Vergleich zu
Messungen an flüssigem Wasser.
MO 7.6 Do 12:15 B 302
Ultraschnelle
Infrarot
Spektroskopie
findet
Strukturänderungen eines zyklischen Peptides — •Arne Sieg1 ,
Jens Bredenbeck2 , Jan Helbing2 , Tobias Schrader1 , Wolfgang Zinth1 , Christian Renner3 , Raymond Behrendt3 , Luis
Moroder3 , Josef Wachtveitl4 und Peter Hamm2 — 1 LudwigMaximilians-Universität München, Lehrstuhl für BioMolekulare Optik,
Oettingenstrasse 67, 80538 München, Deutschland — 2 Physikalisch
Chemisches Institut, Universität Zürich, Winterthurer Strasse 190,
CH-8057 Zürich, Schweiz — 3 Max-Planck Institut für Biochemie, Am
Klopferspitz 18A, 82152 Martinsried, Deutschland — 4 Johann Wolfgang
Goethe Universität Frankfurt am Main, Institut für Physikalische und
Theoretische Chemie, Marie-Curie-Strasse 11, 60439 Frankfurt am
Main, Deutschland
Über ein photoisomerisierbares Azobenzol im Rückgrad eines zyklischen Peptides (bcAMPB) können mit kurzen Lichtimpulsen Strukturänderungen des gesamten Moleküls ausgelöst werden. Die Messungen zeigen direkt die Rückgradbewegung der Aminosäuren durch die
Beobachtung der Amid-I Banden im Infraroten. Die starken Strukturänderungen sind nach 20 Pikosekunden abgeklungen. Nachfolgende
kleinere Konformationsänderungen dauern noch über den Nanosekundenzeitbereich an.
MO 7.7 Do 12:30 B 302
Insights into trans-cis reaction dynamics by fs time-resolved
mid-IR spectroscopy — •Frank Peters, Johannes Herbst, and
Rolf Diller — Inst. f. Exp. Physik, FU Berlin, 14195 Berlin
In comparison to transient electronic spectroscopy the method of transient vibrational spectroscopy is more suitable to provide insight into
processes associated with protein-based photoreactions, as structural
changes of the chromophore, its vibrational relaxation and the dynamics
of the protein environment. This was demonstrated in [1], where the
ultrafast photoinduced isomerization reaction in the light-driven proton
pump bacteriorhodopsin (bR) was investigated by time-resolved infrared
absorption spectroscopy. It could be shown, that the all-trans to 13cis isomerization of the retinal chromophore in bR is already completed
within 500 fs.
We have now studied model-compounds and other retinal-proteins in
order to disentangle important processes that are superimposed temporally and spectrally. Emphasis is placed on the vibrational dynamics in
the excited electronic state and the electronic ground state (S0 ). On the
S0 -surface, vibrationally excited states are expected to become populated
and thus observable in the transient IR-spectra.
[1] Johannes Herbst, Karsten Heyne, Rolf Diller, Science 297(2002)
822.
MO 7.8 Do 12:45 B 302
Rotationsauflösende Spektroskopie durch FemtosekundenVierwellenmischen in der Gaszelle und im Überschalldüsenstrahl — •Christoph Riehn1 , Victor V. Matylitsky 1 und
Maxim F. Gelin2 — 1 Institut für Physikalische und Theoretische
Chemie, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/M., MarieCurie-Str. 11, 60439 Frankfurt/M. — 2 Institute of Molecular and
Atomic Physics, F. Skarina Av. 70, Minsk 220072, Belarus
Die Anwendung von entartetem Femtosekunden-Vierwellenmischen
(Degenerative Four-Wave Mixing, DFWM) zur Rotationsspektroskopie
von Molekülen und Clustern wird anhand von Experimenten in der Gaszelle und im Überschalldüsenstrahl vorgestellt. Eine quantitative Analyse der Spektren ist durch Anpassung an ein Simulationsmodell basierend
auf einem Ansatz für asymmetrische nicht-starre Rotoren möglich. Über
die Berechnung der zeitlichen Korrelationsfunktion der Polarisierbarkeit
können die Rotations- und Zentrifugalverzerrungs-Konstanten mit guter
Genauigkeit bestimmt werden. Die charakteristische Abhängigkeit der
transienten Spektren von der Laserintensität und ihre Berücksichtigung
im Simulationsmodell wird diskutiert.
MO 8 Photoelektronenspektroskopie, Photodissoziation
MO 8.1 Do 14:00 B 305
Coherent molecular photoelectron emission from different
atomic sites vs. intramolecular scattering — •Daniel Rolles1 ,
Oliver Gessner1,2 , Rainer Hentges1 , Georg Prümper1 , Uwe
Becker1 , Björn Zimmermann3 , and Vince McKoy3 — 1 FritzHaber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, 14195 Berlin, Germany
— 2 Steacie Institute for Molecular Sciences, Ottawa, ON, K1A 0R6,
Canada — 3 California Institute of Technology, Pasadena, CA, 91125,
USA
Photoelectron scattering also known under the more widely used notation ”photoelectron diffraction” leads to characteristic oscillations in
the core-level photoionization cross sections which reflect the particular
geometry of the molecule. For free heteronuclear molecules two types of
scattering can be distinguished: forward and backward scattering. We
show for the case of CO the distinct difference between the two types of
behavior. In contrast, homonuclear molecules are not subject to forward
and backward scattering due to the mirror symmetry of the system. As
a result of this symmetry, these molecules are supposed to emit electrons
coherently from two spatially separated places. This coherent superposition gives also rise to oscillating partial cross sections, but instead with
a frequency proportional to two times of the bond lengths as for diffraction, with half this frequency corresponding to the distance between the
two coherent emitters. The oscillations of the gerade and ungerade components are shifted by π. The incoherent sum of the two should mimic
the diffraction pattern of localized core holes. First experimental data
testing these theoretical predictions are presented and discussed.
Raum: B 305
MO 8.2 Do 14:15 B 305
Interference quenching of ν” = 1 vibrational line in resonant
photoemission of N2 : a possibility to obtain geometrical information on the core-excited state — •Raimund Feifel — P. O.
Box 530, S-752 21 Uppsala, Schweden
Resonant Auger electron spectroscopy has been performed on the N2
molecule for N1s → π ∗ core-excitation in the so-called ”Raman mode”,
where the photon energy bandwidth was considerably smaller than the
natural lifetime width of the core-excited state under consideration. An
interference quenching of the ν” = 1 vibrational line of the X2 Σ+
g singlyionized final state has been observed and analyzed. The intensity ratio
between the ν” = 1 and ν” = 0 vibrational levels of the X2 Σ+
g final state
shows a surprising non-monotonous variation as a function of frequency
detuning, going through a minimum with an almost complete suppression of ν” = 1. We have developed a simple model which indicates a
linear relation between the value of the detuning frequency for this minimum and the equilibrium bond distance Rc0 of the core-excited state.
This implies that this observation opens up a new possibility of determining the equilibrium bond distance for the core-excited state with a
precision δRc0 < 10−3 [1,2]. The observation of such a minimum shows in
particular that there is a direct relation between the molecular geometry
and the experimentally measureable intensities in resonant Auger Raman
spectra.
References:
[1] R. Feifel et. al. Phys. Rev. Lett. 89, 103002-1, 2002.
[2] A. Baev et. al. Phys. Rev. A, to be published.
Molekülphysik
MO 8.3 Do 14:30 B 305
Untersuchung nicht-adiabatischer Effekte von HCl und DCl
mittels höchstauflösender Photoelektronenspektroskopie — •T.
Richter1 , F. Burmeister2 , L. M. Andersson3 , G. Öhrwall2 ,
A. J. Yencha4 , P. Zimmermann1 , K. Godehusen5 , M. Martins6 ,
H. O. Karlsson3 , S. L. Sorensen7 , O. Björneholm2 , R. Feifel2 , K. Wiesner2 , O. Goscinski3 , L. Karlsson2 und S. Svensson2 — 1 Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, Technische Universität Berlin — 2 Department of Physics, Uppsala University, Sweden
— 3 Department of Quantum Chemistry, Uppsala University, Sweden —
4
Department of Chemistry, State University of NY at Albany, USA —
5
BESSY mbH, Berlin — 6 Institut für Experimentalphysik, Universität
Hamburg — 7 Department of Synchrotron Radiation Research, University of Lund, Sweden
Die nicht-adiabatische Kopplung elektronischer Zustände bei der Innerschalenphotoionisation von HCl und DCl wurde mit höchstauflösender
Photoelektronenspektroskopie untersucht. Durch Synchrotronstrahlung
wurden dabei zwei Zustände bevölkert, deren Potentialkurven sich aus
Symmetriegründen nicht kreuzen dürfen. Auf Grund der Dissoziationsdynamik des Moleküls ergeben sich dazwischen Übergänge, die zu Interferenzerscheinungen im Photoelektronenspektrum führen. Unterschiede in
den Spektren von HCl und DCl können im Landau-Zener-Modell erklärt
werden.
MO 8.4 Do 14:45 B 305
Dreidimensionale Imaging Technik zur direkten Bestimmung
der vollständigen Geschwindigkeitsverteilung von Photodissoziationsprodukten — •Niels Gödecke1 , Alexei Chichinin2 ,
Karl-Heinz Gericke1 , Christof Maul1 und Oliver Ott1 —
1
Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, TU Braunschweig, D-38106 Braunschweig — 2 Institute of Chemical Kinetics and
Combustion, 630090 Novosibirsk
Durch Kombination von Flugzeit-Massenspektrometrie, resonanzverstärkter Multiphotonenionisation und einem neuartigen orts- und
zeitauflösenden Detektor wurde eine Apparatur entwickelt, die eine direkte und zustandsselektive Bestimmung der dreidimensionalen Produktverteilung laserinduzierter unimolekularer Prozesse ermöglicht und dies für
ein einzelnes Fragment. Zur Charakterisierung des Experiments wurden
die Geschwindigkeit und Temperatur von Molekülen im verwendeten Molekularstrahl am Beispiel von HCl bestimmt. Des Weiteren wurde die
Photodissoziation von Thiophosgen bei einer Wellenlänge von 235 nm
(CSCl2 + hν → CSCl + Cl) untersucht, wobei die räumliche Anisotropie über den geschwindigkeitsabhängigen β-Parameter des Zerfalls charakterisiert ist. Es wurden sowohl das Verzweigungsverhältnis als auch
die Verteilung der kinetischen Energie von Chlor im Grundzustand Cl
und Spin-Bahn-angeregtem Chlor Cl ∗ ermittelt. Die Energieverteilungen für Cl und Cl∗ erlauben es, die korrespondierenden elektronischen
Energiezustände des Partnerfragments CSCl zu ermitteln.
MO 8.5 Do 15:00 B 305
Elektron–Ion Korrelationen durch Doppler–induzierte Rumpflochlokalisation in kleinen Molekülen — •R. Hentges, D. Rolles, G. Prümper, T. Lischke, J. Viefhaus und U. Becker — FritzHaber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4–6, 14195 Berlin
Innerschalenangeregte Zustände in Molekülen sind oft stark replusiv.
Nach einer solchen Anregung finden Dissoziation und Augerzerfall häufig
auf der gleichen Zeitskala statt [1]. Die beobachteten atomaren Augerlinen unterliegen daher einer Doppleraufspaltung in eine rote und eine
blaue Komponente gleicher Intensität. Bewegt sich das Elektron in die
gleiche Richtung wie das emittierende Ion, so wird es blauverschoben,
eine Rotverschiebung tritt bei einer gegenläufigen Bewegung auf. Diese
Dopplermarkierung führt zum Kollaps der Wellenfunktion des Augerelektrons auf der Seite des entstandenen Ions und somit zur Lokalisierung des
Rumpfloches. Um diese EPR“–artige Korrelation zu untersuchen ha”
ben wir ein winkelaufgelöstes Elektron–Ion Koinzidenzexperiment durchgeführt, welches die örtliche Korrelation des Elektron–Ion Paares direkt
sichtbar macht. Die Ergebnisse zeigen eine intramolekulare Streuung der
rotverschobenen Elektronen, die zu einer Vorwärts– Rückwärtsasymmetrie, selbst bei nicht aufgelösten Dopplerkomponenten der Elektronen, in
der Ionendetektion führt [2].
[1] O. Björnholm, et al., Phys. Rev. Lett., 84, 2826 (2000).
[2] A. Golovin, et al., Phys. Rev. Lett., 79, 4554 (1997).
Donnerstag
MO 8.6 Do 15:15 B 305
Photoelectron - Auger-electron coincidence measurements in
N2 O K-shell photoionisation — •Oliver Kugeler1 , Simon Marburger1,2 , and Uwe Hergenhahn1,2 — 1 FHI-Berlin, Faradayweg 4-6,
D-14195 Berlin — 2 MPI für Plasmaphysik, Boltzmannstraße 2, D-85748
Garching
N2 O is a linear molecule consisting of a central nitrogen atom (NC )
which is bound to an oxygen atom at one side and a second nitrogen,
the terminal (NT ) at the other side. Due to the high electronegativity of
the oxygen electrons at the central N are bound more tightly than those
of the terminal N - they experience a chemical shift of 4 eV. Exposure
of an N2 O gas target to synchrotron radiation above threshold leads to
the emission of a photoelectron and a subsequent Auger electron. Aim
of the presented experiment was to distinguish between Auger electrons
originating from the creation of a NC and a NT core hole. This was done
at the UE56/2 beamline of BESSY II in multibunch mode of operation,
using a time-resolving hemispherical electron analyzer for the Auger electrons in coincidence with a time-of-flight detector for the photoelectrons.
MO 8.7 Do 15:30 B 305
Konkurrierende Autoionisation und Dissoziation der vibronischen Rydbergniveaus 02 (c00 Σ+
— •Lutz
u ) nd/sσ (ν = 0, 1)
Werner1 , Michael Schlüter1 , Stephan Klumpp1 , Arno
Ehresmann1 , Hans Schmoranzer1 , Sven Kammer2 , Sascha
Mickat2 , Bernd Zimmermann2 und Karl-Heinz Schartner2 —
1
Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, D-67653 Kaiserslautern, Germany — 2 I. Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universität
Giessen, D-35392 Giessen, Germany
Mit photoneninduzierter Fluoreszenzspektroskopie und Messung der
Photoionenausbeute nach Anregung mit monochromatisierter Synchrotronstrahlung wurde die konkurrierende Autoionisation und Dissoziation der vibronischen O2 -Rydbergniveaus (c00 Σ+
u ) nd/sσ (ν = 0, 1) in neutrale Fragmente untersucht. Dabei wurde über die Messung der Fragmentfluoreszenz die fragmentzustandsselektive Dissoziation der Niveaus
(c00 Σ+
u ) nd/sσ (ν = 1) bestätigt. Für diese Niveaus waren in der Photoionenausbeute als Funktion der Energie der anregenden Photonen keine
Strukturen nachzuweisen, was auf eine kleine Autoionisationswahrscheinlichkeit hinweist. Im Gegensatz dazu ist die Dissoziation der Niveaus
(c00 Σ+
u ) nd/sσ (ν = 0) in neutrale Fragmente nur schwach (jedoch auch
fragmentzustandsselektiv). Für diese vibronischen Niveaus finden sich
im Photoionensignal eindeutige, starke Strukturen, was auf eine starke Autoionisation hinweist. Durch die Messung mit der sehr geringen
Bandbreite der anregenden Photonen von ∆E = 2meV konnten einzelne
Rotationszweige aufgelöst werden.
Fachvortrag
MO 8.8 Do 15:45 B 305
Evidence of a critical internuclear distance in Coulomb explosion of H2+ and D2+ — •Domagoj Pavičić, Andreas Kiess,
Theodor W. Hänsch, and Hartmut Figger — Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Since the development of novel sources of ultrashort intense laser
pulses, much attention has been directed to H2+ in intense laser fields.
However, almost all experiments have started from neutral H2 as a precursor. Contrary to that, we investigated Coulomb explosion of H2+ and
D2+ in ion beams observing for the first time peak structure in fragment
kinetic energy spectra. H2+ and D2+ were produced in a DC-discharge ion
source and were formed into well collimated ion beams. Laser pulses with
duration of 80 fs and central wavelength of 790 nm were focused on the
ion beam. The velocity distribution of fragments from photodissociation
and Coulomb explosion channel was measured by imaging them onto a
two-dimensional detector. The photodissociating fragments originating
from different molecular vibrational states of H2+ , D2+ and recently also
HD + were resolved. The ratio of the number of H to the number of D
fragments of HD + will give us better understanding of symmetry breaking effects in the dissociation process. The peaked structure observed in
the Coulomb explosion spectra at intensities near the threshold could be
fitted to the energies that are expected from one- and net two-photon
absorption, but shifted by 1.07 eV. We interpret the fragment spectra as
a result of Coulomb explosion at a well defined ”critical” distance, which
adds the same kinetic energy to all fragments and therefore preserves the
original kinetic energy distribution from the dissociation channel.
Molekülphysik
Donnerstag
MO 9 Ultraschnelle Elektronendynamik
MO 9.1 Do 14:00 B 302
Time–resolved photoelectron spectroscopy of molecular dissociation: classical trajectory versus quantum wave–packet calculations — •Volker Engel1 and Christoph Meier2 — 1 Institut für
Physikalische Chemie, Universität Würzburg, 97974 Würzburg, Germany
— 2 Laboratoire Collisions, Agrégats et Réactivité (IRSAMC),Université
Paul Sabatier, 31062 Toulouse, France
We present a simulation of ultrafast pump-probe photoelectron spectroscopy based on a classical treatment of the nuclear motion [1]. A
comparison with quantum mechanical wave packet results shows that in
the case of the direct dissociation of H2 O in its Ã1 B1 electronic state this
method produces extremely accurate results. The energy distribution
of the photoelectrons recorded as a function of the pump/probe delay
reflects the dissociation process which takes place within only a few femtoseconds. [1] C. Meier and V. Engel, Phys. Chem. Chem. Phys. 4,
5014, (2002).
MO 9.2 Do 14:15 B 302
Changes of the Electronic Structure along the Internuclear
Coordinate: The Na2 21 Σ+
u double minimum state — •Oksana
Bazhan, Matthias Wollenhaupt, Andreas Assion, Christian
Horn, Dirk Liese, Andreas Präkelt, Christian SarpeTudoran, and Thomas Baumert — Universität Kassel, Fachbereich
Quantum control over chemical reactions can be obtained employing various so-called one parameter schemes. An important aspect in
quantum control is introduced by nonadiabatic coupling of the potential
curves involved in the time evolution of a quantum system. Electronic
changes along the internuclear coordinate are predicted for the 21 Σ+
u
double minimum potential well in the Na2 molecule. In our experiment
measurements of kinetic photoelectrons using time-of-flight spectrometry
(TOF) combined with a femtosecond multiphoton ionisation pump-probe
technique in a molecular beam allow to probe the change of the electronic
structure along the internuclear coordinate. The Na2 21 Σ+
u double minimum state is excited via a 340 nm (40 fs FWHM) laser pulse. Thereby
a vibrational wavepacket slightly above the barrier is created. A second
267 nm pulse ionizes the molecule. According to calculations the change
of electronic structure near the avoided crossing at 4.7 Å leads to photoionization probabilities rapidly changing with geometry. Experiments
related to the change of the photoionization probability as a function of
the internuclear distance are presented.
MO 9.3 Do 14:30 B 302
Femtosekunden-Spektroskopie solvatisierter Elektronen in
flüssigem Ammoniak bei -50 0 C — •Andreas-Neil Unterreiner1 , Jörg Lindner2 und Peter Vöhringer2 — 1 Lehrstuhl für
Molekulare Physikalische Chemie der Universität Karlsruhe, Kaiserstr.
12, 76131 Karlsruhe — 2 Max-Planck-Institut für biophysikalische
Chemie, Arbeitsgruppe biomolekulare und chemische Dynamik, Am
Fassberg 11, 37077 Göttingen
Stationäre Absorptionsspektren solvatisierter Elektronen in polaren
Lösungsmitteln zeigen einzigartige Eigenschaften wie Formstabilität sowie eine temperaturabhängige Verschiebung. Wir haben mit Hilfe der
Pump-Probe-Spektroskopie mit einer Zeitauflösung von 100 fs bereits die
Dynamik solvatisierter Elektronen in flüssigem Ammoniak in einem Wellenlängenbereich von 1200 bis 2400 nm untersucht. Hierbei erwies es sich
als vorteilhaft, dass solvatisierte Elektronen durch Dotierung mit Alkalimetallen in gewünschter Konzentration erhalten werden und über mehrere Tage stabil sind. Da für die Beschreibung der Eigenschaften solvatisierter Elektronen Isotopenabhängigkeiten des Lösungsmittels von grossem Interesse sind, stellen wir erstmals Ergebnisse zur fs-Pump-Probeund zur transienten Anisotropie-Spektroskopie an perdeuteriertem Ammoniak vor und vergleichen sie mit entsprechenden Untersuchungen am
Raum: B 302
H2 O/D2 O-System.
MO 9.4 Do 14:45 B 302
Spectroscopy of Ultrafast Heterogenous Electron Transfer from
Perylene to colloidal TiO2 — •R. Ernstorfer1 , C. Zimmermann1 , S. Felber1 , L. Gundlach1 , W. Storck1 , R. Eichberger1 ,
E. Galoppini2 , Q. Wei2 , and F. Willig1 — 1 Hahn-Meitner-Institut,
Glienickerstr. 100, D-14109 Berlin, Germany — 2 Chemistry Department,
Rutgers University, N.J., USA
The dynamics of photoinduced electron transfer from the excited singlet state of perylene chromophores into the conduction band of nanostructured TiO2 layers has been measured by fs transient absorption in
ultra-high vacuum conditions. As the transfer rate strongly depends on
the electronic coupling, different anchor and spacer groups have been inserted between chromophore and surface. Probing the molecular product
state of the charge injection, i.e. the rise of perylene+ absorption, gave
time constants ranging from sub 15 fs for short bonded chromophores to
hundreds of fs for perylene attached via a rigid spacer.
MO 9.5 Do 15:00 B 302
Jenseits schwingungsvermittelter Elektron-Transferreaktionen:
Kohärente Effekte bei sub-10-fs Reaktionsdynamiken —
•Robert Huber1 , Martin Lenz2 und Josef Wachtveitl2 —
1
BioMolekulare Optik, Sektion Physik, LMU München, Oettingenstr.
67, 80538 München — 2 Institut für Physikalische und Theoretische
Chemie, Marie-Curie-Str. 11, Goethe Universität Frankfurt, 60439
Frankfurt am Main
Der Elektronentransfer an Molekül/Festkörper-Grenzflächen spielt in
zahlreichen neuartigen Applikationen wie nasschemischen Photovoltaikzellen oder molekularen Schaltelementen eine zentrale Rolle. Da aufgrund der Bandstruktur eines Festkörpers im Vergleich zum bimolekularen Elektronentransfer keine Vermittlung durch Molekülschwingungen
erforderlich ist, kann bei stark koppelnden Systemen die auftretende Reaktionsdynamik in Zeitbereichen unter 10 fs liegen. Diese verglichen
zur Periodendauer der meisten Molekülschwingungen schnelle Ladungsinjektion ruft ein fundamental abweichendes Verhalten in Bezug auf die
vibratorische Kohärenz des Systems hervor. Es werden ultrakurzzeitspektroskopische Absorptionsuntersuchungen an den Systemen Alizarin/Coumarin auf TiO2 sowie ZrO2 Nanokristallen präsentiert. Eine
detaillierte Fourier-Analyse der transienten Spektren erlaubt die Echtzeitbeobachtung der Anregung molekularer Schwingungen sowie Phononen der TiO2 -Kristallstruktur aufgrund der geänderten elektrostatischen
Verhältnisse in Folge des ultraschnellen Elektronentransfer.
MO 9.6 Do 15:15 B 302
Double pump-probe spectroscopy on deactivation of photoexcitation in carotenoids — •Tiago Buckup1 , Wendel Wohleben1 ,
Jennifer L. Herek2 , Richard J. Cogdell3 , and Marcus
Motzkus1 — 1 MPI für Quantenoptik, 85748 Garching — 2 AMOLF,
Amsterdam, The Netherlands — 3 IBLS, University of Glasgow, UK
Here we apply the concept of double pump-probe spectroscopy to
carotenoids with 11 conjugated double bonds in solution. By interrupting the relaxation from S2 to S1 with a second pump pulse (795nm), we
deplete selectively the S1 channel but not the neighbouring excited state
absorption. The classical three-level scheme describes the deactivation
of the photoexcited S2 state with ultrafast internal conversion to the
S1 state which in turn decays to the ground state S0 on the picosecond
time scale, however our approach proves unambiguously the existence of
an new independent deactivation channel via a fourth state S∗ in free
carotenoids. Finally we apply an evolutionary target analysis to timeresolved transient absorption spectra, implementing a five-state model
(S2 , S∗ , hotS1 , S1 , S0 ).
Molekülphysik
Donnerstag
MO 10 Fachvortrag ultraschnelle Elektronendynamik
Raum: B 302
Fachvortrag
MO 10.1 Do 15:30 B 302
Femtosecond photoelectron imaging of negative ions — •Roland
Wester1 , Arthur E. Bragg2 , Alison V. Davis2 und Daniel M.
Neumark2 — 1 MPI für Kernphysik, Postfach 103980, 69029 Heidelberg
— 2 Department of Chemistry, University of California Berkeley, Berkeley, CA, 94720, USA
In recent years, femtosecond photoelectron spectroscopy has developed
into a powerful tool to study dynamical processes in small molecular sys-
tems. Work in our laboratory has focussed on dynamics in negative ions
and size-selected negative ion clusters, using this technique to study, for
example, photodissociation, charge-transfer and vibrational wavepacket
dynamics. Recently we have improved our detection scheme to measure
energy- and angle-resolved photoelectron images. Having experimental
access to the time-resolved photoelectron angular distributions allows us
to observe subtle changes in the electronic symmetry of the molecular
potentials. Furthermore, coherent rotational alignment and its revival
dynamics can be studied. Results for both effects will be given.
MO 11 Atomare und molekulare Cluster
MO 11.1 Do 14:00 F 442
Effiziente globale Geometrieoptimierung atomarer und molekularer Cluster: Methode und Anwendungen — •Bernd Hartke
— Physikalische Chemie, Uni Kiel, Olshausenstr. 40, 24098 Kiel
Das Auffinden von Clusterstrukturen mit global minimaler Energie ist
ein NP-hartes Problem. Mit evolutionären Algorithmen können wir jedoch in lediglich kubisch mit der Clustergröße skalierender Zeit globale
Minima mit hoher Wahrscheinlichkeit finden [1]. In Anwendungen auf
diverse Systeme (Silicium, Quecksilber, Alkali-Kation-Mikrohydratation;
unter Verwendung von empirischen Potentialen, DFT- und ab-initioRechnungen) interessieren uns hauptsächlich strukturelle Übergänge als
Funktion der Clustergröße [2].
In aktuellen Arbeiten [3] konnten wir für reine, neutrale Wassercluster den Übergang von reinen Oberflächenstrukturen zu Käfigstrukturen
mit internen Wassermolekülen lokalisieren. Dafür ist jedoch eine Modellierung mit dem aufwendigen TTM2-F-Potential nötig, das für diese
Systeme MP2-Resultate quantitativ reproduziert; einfachere Potentiale
wie TIP4P versagen qualitativ, was auf bestimmte Defekte dieser Potentiale zurückgeführt werden kann. Empirische Simulationen von IRSpektren im OH-Streckschwingungsbereich zeigen, daß der gefundene
Strukturübergang experimentell detektierbar sein sollte.
[1] B. Hartke, J. Comput. Chem. 20 (1999) 1752.
[2] B. Hartke, Angew. Chem. 114 (2002) 1534.
[3] B. Hartke, Phys. Chem. Chem. Phys. 5 (2003), im Druck.
MO 11.2 Do 14:15 F 442
Metall-Halbleiter-Übergang in Wolframoxid-Nanoclustern als
Funktion des Sauerstoffanteils — •G. Ganteför1 , D. Stolcic1 ,
Y. Kawazoe2 , Q. Sun3 , B.K. Rao3 und P. Jena3 — 1 Fachbereich
Physik, Universität Konstanz, 78457 Konstanz. — 2 Institute for Material Research, Tohoku University, Sendai 980-77, Japan. — 3 Physics
Department, Virginia Commonwealth University, Richmond, VA 23284,
USA.
Experimentell aufgenommene Photoelektronenspektren von W−
n und
Wn O −
m -Clustern (n=1-6, m=0-15) werden mit Ergebnissen aus ab initio Rechnungen verglichen. Der Vergleich von Experiment und Theorie erlaubt die Bestimmung der geometrischen und elektronischen Struktur dieser Spezies. Es zeigt sich, dass für eine gegebene Zahl von Metallatomen n bei Variation der Zahl der Sauerstoffatome von m=0 bis
hin zur Sättigung bei m=3n ein Metall-Halbleiter Übergang auftritt.
Dieser Übergang ist diskontinuierlich und es treten magische Zahlen
auf. Die Nanocluster W4 O6 und W4 O12 zeigen bereits eine verblüffende
Ähnlichkeit mit dem Festkörper WO3 .
MO 11.3 Do 14:30 F 442
IR-Mehrphotonen-Dissoziations-Spektroskopie
von
stark
gebundenen Clustern und Cluster-Komplexen — •Gert von
Helden1 , André Fielicke1 , Deniz van Heijnsbergen1 und
Gerard Meijer1,2,3 — 1 FOM Institute Rijnhuizen, Edisonbaan 14,
3439 MN Nieuwegein, NL — 2 Dep. of Molecular and Laser Physics,
U. of Nijmegen, Toernooiveld 1, 6525 ED Nijmegen, NL — 3 Abt.
Molekülphysik, Fritz-Haber-Institut der MPG, Faradayweg 4-6, 14195
Berlin
Für das Verständnis der Eigenschaften von Nanopartikeln ist die
Kenntnis ihrer Strukturen von entscheidender Bedeutung. IR-Spektren
Raum: F 442
von Clustern in der Gasphase erlauben in Kombination mit DFTRechnungen einen Zugang zur geometrischen Struktur. Schwingungsspektren von Metalloxid und -carbid-Clustern wurden mittels IRMehrphotonen-Ionisations-(IR-REMPI)-Spektroskopie erhalten [1]. Die
IR-Mehrphotonen-Dissoziations-(IR-MPD)-Spektroskopie ergänzt die Ionisationsmethode und erweitert das Gebiet der untersuchbaren Materialien im Clusterzustand. Mittels IR-MPD wurden die IR-Spektren
von kleinen Niob- und Tantaloxid-Clusterkationen erhalten und daraus deren Strukturen bestimmt [2]. Für sauerstoffreiche Cluster die
Dioxo-Einheiten enthalten, konnten aus dem Fragmentierungsverhalten
größenabhängige Unterschiede in der Bindung der Dioxo-Einheit abgeleitet werden. Für Addukt-Komplexe der Nioboxidcluster mit Ethen geben
die IR-Spektren Aufschluß über die Bindung des Kohlenwasserstoffs am
Cluster. [1] G von Helden et al., Chem. Phys. 262 (2000) 31; D van
Heijnsbergen et al. Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 01340; [2] A Fielicke, G
Meijer, G von Helden, Eur. Phys. J. D angenommen
MO 11.4 Do 14:45 F 442
Ein neuer experimenteller Ansatz zur Untersuchung der Chemisorption an Metallclustern: Reaktion von Wolframclustern
mit atomarem und molekularem Stickstoff. — •Matthias Fischer, Young Dok Kim, Davor Stolcic und Gerd Ganteför —
Fachbereich Physik, Universität Konstanz, 78457 Konstanz.
Wolframclusteranionen, die mit zwei Stickstoffatomen reagiert haben,
werden auf zwei verschiedene Weisen erzeugt: durch Reaktion mit molekularem oder mit atomarem Stickstoff. Die Endprodukte sind Cluster
des Typs Wn N2 ; ihre Struktur wird mittels Photoelektronenspektroskopie bestimmt. Für die Cluster im Größenbereich zwischen n=6-8 ist
molekulare Chemisorption der energetische Grundzustand, da auch im
Fall der Reaktion mit Stickstoffatomen in den Photoelektronenspektren
die typische N2 -Streckschwingung beobachtet wird. An einer Wolframoberfläche findet dissoziative Chemisorption statt.
MO 11.5 Do 15:00 F 442
Reaktion von Wasserstoffatomen mit Goldclustern: Wasserstoff
als Metallatom? — •Young Dok Kim, Stefan Burkart und
Gerd Ganteför — Fachbereich Physik, Universität Konstanz, 78457
Konstanz.
Photoelektronenspektren von Aun − - und Aun−1 H− -Clustern werden
verglichen. Die elektronische Struktur der reinen Goldclusteranionen
zeigt die bekannte ausgeprägte Gerade-Ungerade-Alternierung und den
Schalenabschluss bei acht Elektronen. Der Austausch eines Goldatoms gegen ein H-Atom hat überraschenderweise nur eine geringfügige
Änderung der Photoelektronenspektren zur Folge. Dies könnte darauf
hinweisen, dass sich einzelne Wasserstoffatome in dieser speziellen Umgebung wie Metall - genauer wie Alkaliatome - verhalten. Ein Vergleich
mit quantenchemischen Rechnungen wird diskutiert [1].
[1] D.Fischer, W.Andreoni, A.Curioni, H.Grönbeck, S.Burkart, and
G.Ganteför, Chem.Phys.Lett. 361, 389 (2002).
Molekülphysik
Donnerstag
MO 11.6 Do 15:15 F 442
Reaktion von Siliziumclustern mit Wasserstoff:
Eine
Möglichkeit zur Passivierung der ”dangling bonds”?
—
•Marco Niemietz1 , Roland Fromherz1 , Leeor Kronik2 ,
Eunjung Ko2 , James R. Chelikowsky 2 und Gerd Ganteför1
— 1 Fachbereich Physik, Universität Konstanz, 78457 Konstanz. —
2
Department of Chemical Engineering and Material Science and Minnesota Supercomputing Institute, University of Minnesota, Minneapolis,
Minnesota 55455, USA.
Experimentell aufgenommene Photoelektronenspektren von Si−
n - und
Sin H−
m -Clustern (n=3-10, m=0-2) werden mit simulierten Spektren aus
ab initio Rechnungen verglichen [1]. Dieser Vergleich von Experiment
und Theorie erlaubt die Bestimmung der geometrischen und elektronischen Struktur. Im Experiment werden nicht immer die Isomere mit
der höchsten Stabilität beobachtet, sondern die Isomere mit hoher Elektronenaffinität. Dies kann durch Ladungsaustauschprozesse in der Clusterquelle erklärt werden. Trends der geometrischen und elektronischen
Struktur der Sin H−
m -Cluster werden diskutiert.
MO 11.7 Do 15:30 F 442
Kombination von Ionenchromatografie mit Photoelektronenspektroskopie:
Gleichzeitige Bestimmung von Form“
”
und Farbe“ eines Clusters. — •Peter Gerhardt1 , Roland
”
1
1
Fromherz , Gerd Ganteför und Alexandre A. Shvartsburg2
— 1 Fachbereich Physik, Universität Konstanz, 78457 Konstanz. —
2
Division of Chemistry, National Center for Toxicological Research,
HFT 233, Jefferson, Arkansas 72079, USA.
Nanocluster mit n=3-100 Atomen zeigen eine starke Abhängigkeit ihrer
Eigenschaften von n. Aber auch für eine gegebene Größe können unterschiedliche Isomere auftreten, deren elektronische Eigenschaften ( Far”
be“) mit der Form variieren. Eine Massenselektion genügt also nicht
— für ein wohldefiniertes Experiment ist eine zusätzliche Isomerselektion notwendig. Das ist mittels Ionenchromatografie möglich, allerdings
war aufgrund der geringen Transmission der Chromatografie bisher eine weitere Spektroskopie nicht durchführbar. Durch Verbesserung der
Transmission ist nun erstmalig eine Kombination [1] von Ionenmobilität
und Photoelektronenspektroskopie gelungen.
[1] L.Kronik, R.Fromherz, E.Ko, G.Ganteför, J.R.Chelikowsky, Nature
Materials 1, 49 (2002).
[1] R.Fromherz, G.Ganteför, A.A.Shvartsburg, Phys.Rev.Lett.
083001(2002).
89,
MO 12 Poster II
MO 12.1 Do 16:00 Lichthof
Computer–algebraic tools for studying the symmetry properties of molecules and clusters — •Ekatherina Rykhlinskaya and
Stephan Fritzsche — Universität Kassel, D–34132 Kassel, Germany
Many systems in nature exhibit symmetries of one kind or another,
which can be utilized in order to simplify their mathematical description and classify their solutions. But, although, group theory provides
well established mathematical basis for dealing with symmetries, the application of this theory is hampered by the inefficient access to group
theoretical data. To facilitate the application of point-group symmetries,
we present a toolbox of Maple procedures (called the Bethe package),
which provides and manipulate such data. Bethe has been developed
during the last year and now supports the direct and symbolic computations of atomic coordinates, symmetry orbitals, the proper oscillations
of molecule and many others. In the present version of Bethe group
theoretical information are implemented for all cyclic groups Cn and the
dihedral groups Dn and Dnh (n ≤ 10). Our interactive design of the this
package may help the user in following the literature and in daily research
work.
Nonlocal potential problems in the systems with axial symmetry. — •Natasha Fominykh and Oleg Kidun — Max-Planck
Institut für Mikrostrukturphysik, Weinberg 2, 06120 Halle
In this contribution we present a new approach for the calculation of
the scattering and bound states of the axially symmetric systems with
arbitrary nonlocal potentials. The method utilizes the formalism of the
variable phase approach [1-3] and is based on the solution of the system of
two integro-differential equations for the scattering amplitude and phase.
We suggest a fast finite-difference scheme for the numerical implementation of our method, which requires the numerical efforts of the same
order as those for the local potential case. As a particular example, we
consider the separable nonlocal potential problems and the Hrtree-Fock
problem. [1] F. Calogero, Variable Phase approach to Potential Scattering, Academic Press, New York, 1967. [2] V. V. Babikov, Method
of the phase functions in quantum mechanics, Nauka, Moscow,1968. [3]
O. Kidun, N. Fominykh, J. Berakdar, J. Phys. A, 35, p. 9413, 2002.
Investigation of protonated water clusters in a variable temperature 22-pole ion trap — •Oskar Asvany 1 , Stephan Schlemmer1 , Dieter Gerlich1 , Y.S. Wang2 , C.H. Tsai2 , Y.T. Lee2 , J.C.
Jiang2 , and H.C. Chang2 — 1 Institut für Physik, TU Chemnitz, 09112
Chemnitz — 2 Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia
Sinica, Taipei, Taiwan
Protonated water clusters play an important role in atmospheric chemistry and in interstellar space. A variable temperature 22-pole ion trap
has been applied to kinetic and spectroscopic investigations of protonated
Raum: Lichthof
+
water clusters, H (H2 O)n , produced from a supersonic expansion. Using low-pressure He buffer gas for collisional thermalization, refrigeration
of the ion trap allows a good control of the cluster temperature over the
range 80 - 350 K. This method provides an accurate means of determining
the dissociation energies of the cluster ions by measuring their dissociation rates as a function of temperature and calculating their internal
energies from vibrational frequencies provided by density functional theory. Results of the thermochemical measurements at well-defined cluster
temperatures are given for H+ (H2 O)n , n = 4-10. The feasibility of using
the ion trap to acquire temperature-dependent infrared spectra is discussed. Future experiments with a similar 22-pole ion trap machine will
explore the deuteration of protonated water clusters in collisions with
HD.
IR spectra of C6 H5 + -X (X=Ar, N2 , HF) cation complexes
— •Otto Dopfer and Nicola Solca — Institut für Physikalische Chemie, Universität Basel, Klingelbergstrasse 80, CH-4056 Basel,
Schweiz
The phenyl cation, C6 H5 + , is a fundamental intermediate in organic
chemical reactions [1]. The present contribution reports IR spectra of
C6 H5 + -X (X=Ar, N2 , HF) cation complexes recorded in the gas phase.
The spectra are obtained by IR photodissociation spectroscopy (IRPD)
in a tandem mass spectrometer [2]. The complexes are produced in two
different ways: (i) electron impact ionization (EI) of bromobenzene (to
produce C6 H5 + ) followed by three-body association reactions to form
C6 H5 + -X (X=Ar, N2 ), and (ii) chemical ionization (CI) of fluorobenzene
using CH4 to produce C6 H5 + -HF [3]. Observation of the asymmetric CH stretch vibration [1] around 3110 cm−1 unambiguously shows that the
phenyl cation is formed by both methods. However, additional transitions are detected for C6 H5 + -X (X=Ar, N2 ), indicating that either openchain isomers of C6 H5 + or the 3 B1 triplet state of the phenyl cation are
produced by process (i). Besides the C-H stretch vibrations, the H-F
stretch of C6 H5 + -HF is observed around 3650 cm−1 [4].
[1] M. Winkler and W. Sander, Angew. Chem. Int. Ed. 39 (2000)
2014. [2] E.J. Bieske and O. Dopfer, Chem. Rev. 100 (2000) 3963. [3]
J. Hrusak, D. Schroeder, T. Weiske and H. Schwarz, J. Am. Chem. Soc.
115 (1993) 2015. [4] N. Solca and O. Dopfer, J. Am. Chem. Soc., in
press.
Modellfreie Bestimmung von Dissoziationsenergien: Methode
und Anwendungen — •Manuel Vogel1 , Klavs Hansen2 , Alexander Herlert1 und Lutz Schweikhard3 — 1 Institut für Physik,
Johannes-Gutenberg-Universität, 55099 Mainz — 2 Department of Physics, University of Jyväskylä, FIN-40014 Jyväskylä — 3 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität, 17487 Greifswald
Traditionelle Methoden zur Bestimmung von Dissoziationsenergien po-
Molekülphysik
lyatomarer Systeme wie Moleküle, Fullerene, Polymere oder Cluster sind
stets auf Modellannahmen angewiesen und daher mit verschiedenen Unsicherheiten behaftet. Ein von uns jüngst entwickeltes Verfahren erlaubt
erstmals eine modell-unabhängige Bestimmung und verbessert die Genauigkeit durch Umgehung systematischer Unsicherheiten um typischerweise eine Grös̈enordnung. Durch geeignete Kombination einer zweischrittigen Zerfallsreaktion mit einer einschrittigen Thermometerreaktion“
”
kann eine Modellierung vollständig vermieden werden. Das Verfahren
kann daher auf eine Vielzahl von Systemen unter den verschiedensten
experimentellen Bedingungen angewendet werden [1-3].
[1] M. Vogel et al., Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 013401; M. Vogel et al.,
Chem. Phys. Lett. 346 (2001) 117; M. Vogel et al., Eur. Phys. J. D 21
(2002) 163; M. Vogel et al., Phys. Rev. A 66 (2002) 033201; M. Vogel
et al., J. Chem. Phys. 116 (2002) 9658
[2] M. Vogel et al., eingereicht bei J. Phys. B
[3] K. Hansen et al., eingereicht bei Int. J. Mass. Spectrom.
Hydrated group(II) metal water cluster anions — •Bjoern
Reinhard and Gereon Niedner-Schatteburg — Fachbereich
Chemie, Technische Universitaet Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern,
Germany
We systematically investigated group(II) metal water cluster anions
[M(II),nH2 O]− , n<25, by means of high level ab initio methods. We
report relative stabilities of different isomers M(II),nH2 O]− and predict
minimum number of water molecules required to stabilize the cluster anions. The electronic structures of different [M(II),nH2 O]− clusters are
analyzed in detail.
Ionization energies and spatial volumes of the singly occupied
molecular orbital in hydrated magnesium clusters [Mg,nH2 O]+
— •Bjoern Reinhard and Gereon Niedner-Schatteburg —
Fachbereich Chemie, Technische Universitaet Kaiserslautern, 67663
Kaiserslautern, Germany
The vertical and adiabatic ionization energies (VIEs and AIEs) as well
as the spatial volumes of the singly occupied molecular orbital (SOMO) of
[Mg,nH2 O]+ , n<20, were determined by ab initio calculations. Ionization
energies were evaluated from Koopmans’ theorem and explicitly as differences of the total energies of [Mg,nH2 O]+ and [Mg,nH2 O]2+ as obtained
by Hartree-Fock, post-Hartree-Fock and gradient corrected density functional (DFT) methods. In the case of clusters with a 6-fold coordinated
magnesium cation [Mg(H2 O)6 ,(n-6)H2 O]+ Koopmans’ theorem fails for
n=6-8,10. In contrast this is a valid approximation for all other cluster
sizes. The most stable isomers of [Mg,nH2 O]+ , n=6-9, exhibit significantly enhanced SOMO volumes. This coincides with a significant drop
in ionization energies and with an increase in electron correlation. In
these clusters Koopmans’ theorem is a crude approximation due to the
neglect of electron correlation. The cluster size dependency of orbital
relaxation and change in electron correlation upon ionization allows for
an analytical fit in terms of the spatial SOMO volume. Reorganization
energies and SOMO volumes indicate strong structural changes in the
clusters during ionization due to a significant localization of the SOMO
in [Mg,nH2 O]+ , n<6 and n>8.
Einfluss der Laserbandbreite auf die Anregungswahrscheinlichkeit im Zwei-Niveau-System — •S. Marienfeld1 , Y. Pashayan1,2 ,
H. Hotop1 , N. V. Vitanov1,3 , B. W. Shore1 und K. Bergmann1
— 1 FB Physik, Universität Kaiserslautern, 67653 Kaiserslautern — 2 Inst. for
Physical Research, NAS of Armenia, Ashtarak-2, 378410 Armenia — 3 Dep.
of Physics, Sofia University, James Boucher 5 blvd., 1126 Sofia, Bulgaria
Im Hinblick auf Stoßexperimente mit selektiv schwingungsangeregten
Molekülen haben wir Modellrechnungen zur Anregungseffizienz eines kollimierten Molekülstrahls (halbe Winkelbreite ≤ 1◦ ) durch einen cw-OPO
am Beispiel von HF(v = 0, J = 0 → v = 1, J = 1, mJ = 0, natürliche
Linienbreite ca. 32 Hz)[1] durchgeführt. Dazu wurden die optischen
Blochgleichungen[2] für realistische experimentelle Bedingungen gelöst
(Rabi-Frequenz Ω ≈ 3 MHz, IR-Bandbreite < 200 kHz FWHM) und
die Anregungswahrscheinlichkeit für einfachen (kurzen) Durchgang der
Moleküle durch den transversalen IR-Strahl über Geschwindigkeitsverteilung (∆v/v ≈ 20%[1]), Winkeldivergenz Dopplerverbreiterung) und
optisches Strahlprofil gemittelt. Zur Reduktion von “Coherent Population Return”[3] ist es günstig, bei den angegebenen Randbedingungen die
Durchflugslinienbreite gering zu machen.
Donnerstag
Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Forschergruppe Niederenergetische Elektronenstreuprozesse) und das European Union
Research Training network COCOMO, contract number HPRN-CT-1999-00129.
[1] M. Hoffmeister et al., J. Chem. Phys. 90, 3528 (1989)
[2] P. W. Milonni and J. H. Eberly, Lasers, chapter 6, Wiley-Interscience (1988)
[3] N. V. Vitanov, P. L. Knight, J. Phys. B 28, 1905 (1995)
Hochauflösende Spektroskopie mit neuen cw optischparametrischen Oszillatoren — •Andreas Hecker, Götz
Wollny und Martina Havenith — Lehrstuhl für Physikalische
Chemie II, Ruhr-Universität Bochum,Universitätsstr.
150, 44780
Bochum
CW-optisch parametrische Oszillatoren sind aufgrund ihrer hohen
Frequenz- und Leistungsstabilität aussergewöhnliche neue Strahlungsquellen für die hochauflösende Spektroskopie im Frequenzbereich zwischen 0,4-4 µm.
Dies wurde von uns exemplarisch an der Hyperfeinstruktur von molekularen Jod bei 580 nm gezeigt. Als Strahlungsquelle dient hierbei ein
neu entwickelter cw-optisch-parametrischer Oszillator mit einem Emissionsbereich von 550-2830 nm und einer Ausgangsleistung von mehreren
100 mW. Die erreichten Linienbreiten von 2,5 MHz (HWHM) entstehen durch die Druckverbreiterung der untersuchten Übergänge im Jod
und hängen nicht von der Linienbreite des OPO ab. In einem BeatExperiment konnte gezeigt werden, dass diese auf einer Zeitskala von
50 ms maximal 20 kHz beträgt. Auf dem Poster werden die neusten
Entwicklungen und spektroskopischen Messungen vorgestellt.
Sättigungsspektroskopie an Methan mit einem kontinuierlichen optisch-parametrischen Oszillator — •T. H. Hoffmann, J.
Bömmels, M.-W. Ruf und H. Hotop — FB Physik, Universität Kaiserslautern
Seit kurzem sind kontinuierliche, über den Bereich von 2,3–4 µm durchstimmbare optisch-parametrische Oszillatoren (cw-OPOs) kommerziell
verfügbar, die dopplerfreie Spektroskopie an Vibrationsübergängen vieler Moleküle ermöglichen [1]. Als Vorbereitung auf geplante Stoßexperimente mit vibrationsangeregten Molekülstrahlen wurde die bei 3,31 µm
liegende Q3,A2 ,1-Linie der ν3 -Bande von Methan mit einem cw-OPO
sättigungsspektroskopisch untersucht. Durch Frequenzmodulation über
den Pumplaser (Hub etwa 3 MHz) und phasensensitivem Nachweis ließen sich in einem Druckbereich von 2·10−3 mbar bis 0,5 mbar dopplerfreie Signale nachweisen. Diese sind sehr empfindlich gegenüber dem
Gasdruck, wobei nur eine Abnahme der Amplitude, aber keine Verbreiterung feststellbar war. Die Messungen deuten darauf hin, dass geschwindigkeitsändernde Stösse für dieses Verhalten verantwortlich sind. Ein an
[1] angelehnter verbesserter Aufbau sollte eine Langzeitstabilisierung des
OPO ermöglichen.
Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Forschergruppe Niederenergetische Elektronenstreuprozesse) und das Zentrum für Lasermesstechnik und Diagnostik
[1] E. V. Kovalchuk et.al., Opt. Lett. 26(2001), 1430–1432
Infrarot-Laser-Mikroskopie von lebenden Zellen — •Erik
Bründermann, Andreas Bergner, Robert Schiwon, Götz
Wollny und Martina Havenith — Ruhr-Universität Bochum,
Physikalische Chemie II, NC7/72, 44780 Bochum
Wir stellen ein neues Konzept für die IR-Lasermikroskopie an lebenden
Zellen vor. Damit ist es uns gelungen, die Wasserverteilung in Leberzellen auf Mikrometerskalen zu kartographieren. Durch Kombination von
Mikroskopie und Infrarot-Laserspektroskopie sollte es möglich sein im
Fingerprint-Bereich selektiv Moleküle nachzuweisen. Neben der Identifikation von Molekülen wird die quantitative Bestimmung der Konzentration anhand der molekülspezifischen Absorption angestrebt.
Cavity-Ringdown Spektroskopie im FIR — •Robert Schiwon,
Gerhard Schwaab, Erik Bründermann und Martina Havenith
— Physikalische Chemie II, Ruhr-Universität Bochum
Wir präsentieren ein neues Design für breitbandig hochreflektierende
Multilagenspiegel aus hochreinem Silizium für den ferninfraroten Spektralbereich (FIR). Das Reflexionsvermögen dieser Spiegel wurde mittels Fourier-Transform Spektroskopie für Frequenzen von 30cm−1 bis
700cm−1 untersucht. Die vielversprechenden Ergebnisse dieser Mes-
Molekülphysik
sungen werden vorgestellt. Die Spiegel sollen in Kombination mit einem p-Germanium Laser, welcher Strahlung hoher Leistung im Wellenlängenbereich zwischen 30cm−1 (1 THz) und 140cm−1 (4 THz) liefert,
Cavity-Ringdown Spektroskopie im FIR ermöglichen. Die Realisierung
dieses Konzeptes für die hochauflösende Spektroskopie in diesem chemisch relevanten Wellenlängenbereich wird diskutiert.
Hochempfindliche Absorptionsspektroskopie an Azulen und O2
mit Hilfe der IBBCEAS — •Ulf Schönherz1 , Sven E. Fiedler1 ,
Albert A. Ruth2 und Achim Hese1 — 1 Technische Universität Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, Hardenbergstr. 36,
10623 Berlin — 2 Department of Chemistry, National University of Ireland, College Cork, Ireland
Die experimentellen Eigenschaften einer neuen hochempfindlichen resonatorverstärkten Absorptionsmethode (Incoherent Broadband Cavity
Enhanced Absorption Spectroscopy (IBBCEAS)) werden am Beispiel von
schwachen Übergängen von zwei unterschiedlichen gasförmigen Verbindungen vorgestellt und diskutiert: (i) Der schwache vibronische Übergang S1,ν ← S0 von Azulen bei Raumtemperatur. (ii) Der sehr schwache
0
3 − 00
elektrisch dipol-verbotene Übergang b1 Σ+
g (ν = 2) ← X Σg (ν = 0) von
molekularem Sauerstoff bei 1 bar.
Anhand der aufgenommenen Spektren werden die wesentlichen Aspekte bezüglich der Empfindlichkeit, der spektralen Auflösung und des
Signal-Rauschverhältnisses von IBBCEAS behandelt, sowie die Vorteile und potentiellen Einsatzbereiche (z.B. im Zusammenhang mit Überschalldüsenstrahlen) erläutert.
Absorptionsmessungen von Flüssigkeiten im THz-Bereich —
•Andreas Bergner, Erik Bründermann, Simon Ebbinghaus und
Martina Havenith — Lehrstuhl für Physikalische Chemie II; RuhrUniversität Bochum
Wir stellen den Aufbau eines THz-Spektrometers für die Messung von
Schwingungsbanden bei Flüssigkeiten im THz-Bereich vor. Dazu wurde
von uns ein p-Germanium Laser eingesetzt, der im Bereich zwischen 1
THz - 4 THz Strahlung einer hohen Leistung (bis zu mehreren Watt)
liefert. In diesem Frequenzbereich liegen die wichtigen intermolekularen
Schwingungen vieler biologischer Systeme. Als erster Test wurden Messungen am flüssigem Wasser durchgeführt, die für diesen Bereich erstmalig weite Frequenzbereiche überdecken. Die Messungen mit diesem
System dienen der Vorbereitung von Imaging-Methoden an biologischen
Systemen.
Untersuchung kollektiver niederfrequenter Molekülschwingungen mittels THz-Spektroskopie — •B.M. Fischer, M. Walther,
M. Hoffmann, H. Helm und P. Uhd Jepsen — Albert-LudwigsUniversität Freiburg, Physikalisches Institut, Hermann-Herder-Str. 3,
79104 Freiburg
Die Ferninfrarot(FIR)-Spektren großer organischer Moleküle weisen eine starke Empfindlichkeit gegenüber der molekularen Struktur und der
Umgebung auf. Insbesondere bei schwach gebundenen Systemen werden
diese Spektren durch niederfrequente intermolekulare Schwingungen dominiert. Wir untersuchten mit Hilfe der THz-Spektroskopie die dielektrischen Eigenschaften, d.h. Absorption und Brechungsindex, verschiedener
Zucker und DNA-Bausteine im Frequenzbereich von 0,5 - 4 THz.
In kristallinen Zuckern beobachten wir als Folge der räumlichen Anordnung der Wasserstoffbrücken eine Reihe scharf getrennter, von der
Kristallorientierung abhängiger Absorptionslinien, welche in der amorphen Phase in eine breite, strukturlose Bande übergehen. Insbesondere
beobachten wir ein anomales Temperaturverhalten als Hinweis auf die
Konkurrenz zweier unterschiedlicher intermolekularer Kräfte.
Die Empfindlichkeit der Spektren auf die Ausbildung von Wasserstoffbrücken ist bei der Detektion des Hybridisierungszustandes von DNAMolekülen von großem Interesse. Erste FIR-Untersuchungen von Nukleobasen und Nukleotiden sowie kurzer DNA-Sequenzen zeigen Absorptionen aufgrund der durch Wasserstoffbrücken gebundenen Struktur.
Gefördert durch das BMBF, Projekt MOBA und die DFG, SFB 276.
Donnerstag
Analyse und Separation von unterschiedlichen Signalbeiträgen
in der Vierwellenmischung in der Gasphase — •Kurt Iskra,
Daniel Rüdisser, Mario Faleschini und Theo Neger — Techn.
Universität Graz, Petersgasse 16, A-8010 Graz
Der Einsatz von nichtlinearen optischen Spektroskopietechniken in der
Verbrennungsdiagnostik insbesondere in technologisch relevanten Druckbereichen wird durch die Komplexität der Signalentstehung sowie durch
die Überlagerung verschiedener optischer Kopplungsmechanismen kompliziert. Dabei spielen sowohl experimentell schwer zugängliche Parameter zur Modellierung von nichtlinearen Molekülspektren eine Rolle wie
auch der von den Umgebungsvariablen wie Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung unterschiedlich starke Beitrag verschiedener laserinduzierter transienter Gitter zum Signal. Es sollen einige Methoden gezeigt
werden, durch den Einsatz unterschiedlicher Laserkonfigurationen sowohl
resonante von nichtresonanten Signalbeiträgen zu trennen, die für die Signalmodellierung notwendigen Inputparameter zu ermitteln und weitere
Informationen über relevante Messgrössen zu erhalten. Die für den jeweiligen Fall notwendige Signalmodellierung soll anhand von ausgewählten
experimentellen Beispielen demonstriert werden.
A continuous source of slow molecules — •T. Junglen, T.
Rieger, S.A. Rangwala, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe —
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748
Garching
Progress in slowing and trapping of neutral molecules promises interesting new developments in atomic and molecular physics [1,2]. We have
developed a novel source of slow dipolar molecules [3] which employs a
bent electrostatic quadropole. This quadrupole uses the Stark effect to
select and guide slow molecules from a thermal reservoir into ultrahigh
vacuum. With this technique we obtain molecules with velocities of 10-80
m/s at a flux of up to 109 molecules/s. The poster presents a detailed discussion of the setup, the results of a numerical simulation, the prospect
of this technique as well as the status of the experiment.
[1] H.L. Bethlem et al., Nature 406, 491 (2000)
[2] J.D. Weinstein et al., Nature 395, 148 (1998)
[3] S.A. Rangwala et al., ArXiv:Physics/0209041
A rotating source for (ultra-)cold molecular beams — •Maarten
DeKieviet1 , Frank Lang1 , and Karl Zrost2 — 1 Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg —
2
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
The optical methods used for cooling atoms cannot be adapted for
applications with molecules straightforwardly. In this contribution, we
present a source for molecular beams based on a rotating nozzle which
is capable of producing (ultra-)cold molecules. The concept is explained
and measurements with various rare gases (Ar, Kr, Xe) are shown. A
supersonic Xenon beam with a mean velocity of 55 m/s at 15.5 K beam
temperature is produced. Further reduction of the beam speed can be
obtained, but is currently limited by the pumping capacity of the apparatus.
Preparation and Storage of Ultracold Complex Molecules —
•Bernhard Roth, Alexander Ostendorf, Claus Lämmerzahl,
and Stephan Schiller — Heinrich-Heine-Universitaet Duesseldorf
We investigate methods for trapping and cooling of complex molecular
ions (i.e. large ions with masses up to 30000 amu).
The transfer of the complex molecular ions from solution into the gas
phase is achieved by the electrospray ionization (ESI) method. The
ions produced are mass-filtered and transferred by an octopole ion guide
into the ultrahigh vacuum experimentation chamber. There the complex molecular ions are stored in a linear Paul trap together with laser
cooled 137 Ba+ -ions. Because of Coulomb interaction between the two ion
species the translational motion of the complex molecular ions will be
sympathetically cooled.
The goal of the experiment is to achieve an ion crystal of Ba+ in which
the molecular ions are embedded; thus the translationally cold and spatially located molecules can be studied at rest, e.g. by spectroscopic
means. We report on the current status of the project, the experimental
setup, and numerical simulations of the cooling process.
Molekülphysik
Laser Spectroscopy of Ultracold Molecular Hydrogen Ions in a
Linear RF-Trap — •Ulf Fröhlich, Claus Lämmerzahl, Bernhard Roth, and Stephan Schiller — Heinrich-Heine Universität
Düsseldorf, D-40225 Düsseldorf
We present an experiment aimed at high-resolution spectroscopy of the
ro-vibrational level structure of HD+ . As one of the simplest molecules,
HD+ is particularly suitable to test theories of molecular structure. Furthermore, once theory and experiment both achieve an accuracy better
than 2 ∗ 10−9 , the spectroscopic values of the ro-vibrational transition
frequencies of HD+ can be used to obtain a more accurate value of the
fundamental constant me /mp .
The HD+ molecular ions will be confined in a linear rf-trap and cooled
by Coulomb interaction with laser cooled Be+ atomic ions stored in the
same trap. To check the applicability of this method, called sympathetic
cooling, for the special case of HD+ and Be+ ions, we performed several numerical simulations, which showed the gradual cooling and final
crystallization of the HD+ molecular ions.
To avoid the small 1st order Doppler-broadening, we plan to perform 2photon spectroscopy of the (ν = 0, N = 4) - (ν = 4, N = 4) ro-vibrational
transition of the HD+ molecular ions at 2.8 µm.
Currently we are in the process of embedding HD+ molecular ions in
a Be+ ionic crystal, obtained by laser cooling the Be+ atomic ions at
313 nm. The next step will be the direct excitation of the (ν = 0, N = 4)
- (ν = 4, N = 4) transition at 1.4 µm, as an intermediate step before the
final 2-photon spectroscopy at 2.8 µm.
Determination of H2 vibrational line profiles with femtosecond time resolved CARS — •Hrvoje Skenderović, Tiago
Buckup, Wendel Wohlleben, and Marcus Motzkus —
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D-85748 Garching, Germany
Femtosecond resolved nonresonant CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) is applied to probe hydrogen and hydrogen mixtures
with Ar, He and N2 [1]. The experimental transients of the H2 Q-branch
ro-vibrational transitions show detailed beating structures, reflecting the
ro-vibrational dynamics of the electronic ground state.
Modelling of the experimental data yields J-dependent collisional
line-shifts and line-broadening constants even at high pressures, where
frequency-domain CARS spectra are difficult to model due to the overlapping of the spectral lines.
The results for pure H2 both for line-shift and line-broadening show excellent agreement with the values obtained by other groups with the highresolution CARS in frequency domain. The dependence of the experimental broadening coefficients on perturber density in mixtures shows
also a good agreement with the literature: a linear dependence in the
case of hydrogen and helium as perturbers and explicit nonlinear behavior in the case of nitrogen and argon. The role of inhomogeneous
broadening in time domain CARS is discussed.
[1]H. Skenderović, T. Buckup, W. Wohlleben, M. Motzkus, J. Raman
Spectrosc. 33, 866 (2002).
Rovibronische Zustände von HCN — •Georg Ch. Mellau
— Physikalisch-Chemisches Institut,Justus-Liebig-Universität Giessen,
Heinrich-Buff-Ring 58,D-35392 Giessen,Germany
Ein Forschungsschwerpunkt am molekülspektroskopischen Laboratorium des Physikalisch-Chemischen Instituts der Justus-Liebig Universität
ist die hochauflösende Obertonspektroskopie von HCN. Seit 1990 wurden
in über 80 Messungen die hochaufgelösten Absorptionsspektren im Bereich von 300 bis 12000 cm−1 mit einer Weglänge bis 400 m aufgenommen.
Mit Hilfe einer im Giessen aufgebauten FT-IR Emissionsanlage war es in
den letzten Jahren möglich weitere, noch höher angeregte Zustände zu
untersuchen. Nicht zuletzt Dank der Anstrengungen unserer Gruppe hat
sich HCN als einer der Testmolekülen der Molekülphysik etabliert und
wird sehr oft für das Testen neuer ab initio Berechnungsverfahren herangezogen. Diese Arbeit ist eine Fortsetzung der hochauflösenden Emissionsspektroskopie an HCN, wir berichten über die Analyse des Emissionsspektrums im 2v1 Wellenzahlbereich. Durch die Analyse von 60
Banden war es möglich spektroskopische Konstanten für weitere 30 rovibronischen Zustände (wie 288 0 bei 12603 cm−1 ) von HCN erstmalig zu
bestimmen und für 20 Zustände die Konstanten zu verbessern. Damit
gibt es für HCN zur Zeit genaue spektroskopische Konstanten für 185 rotational aufgelösten Schwingungszustände, wovon 102 durch die Analyse
der Giessener Emissionsspektren bestimmt worden sind.
Donnerstag
High-resolution UV-laserspectroscopy on jet-cooled 9cyano-anthracene and 9-(N-carbazolyl)-anthracene — •Elke
Heinecke1 , Ian Mitchell1 , Christian Monte2 , and Wolfgang
Rettig3 — 1 TU Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik,
Berlin — 2 Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin —
3
HU Berlin, Institut für Chemie, Berlin
We focus on high resolution laser spectroscopy of large organic
molecules cooled in a supersonic beam. By resolving the rotational spectra, information about the molecular structure could be derived. An
investigation of the rotational structure of the vibrationless S0 → S1 transition of 9-cyano-anthracene at 382 nm is presented. The rotational constants of the electronic ground and first excited state were determined
and compared with results of quantum chemical calculations. The partly
resolved rotational structure of some vibrationally excited bands of 9-(Ncarbazolyl)-anthracene is also presented.
Hochauflösende IR-Spektroskopie des van der Waals Komplexes Ar-DCOOH — •Andreas Hecker, Simon Ebbinghaus und
Martina Havenith — Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, RuhrUniversität Bochum, Universitätsstr. 150, 44780 Bochum
Das vibrations-rotations aufgelöste Spektrum des van der Waals Komplexes Ar-DCOOH wurde im Bereich der Carbonylstreckschwingung mittels eines Bleisalz-Diodenlaser-Spektrometer aufgenommen. Die Cluster
wurden in einer zweidimensionalen Überschallexpansion erzeugt.
Ein vollständiger Satz Rotationskonstanten konnte durch Anpassung
eines S-reduzierten Hamiltonien an die 105 beobachteten Absorptionslinien gewonnen werden. Der Bandenursprung wurde zu 1725,844 cm−1
bestimmt was einer Rotverschiebung von 0,0309 cm−1 entspricht. Die
Rotationskonstanten im angeregten Zustand weichen nur geringfügig von
den Grundzustandskonstanten ab, die mittels MW Spektroskopie von Ioannou et al. [1] bestimmt wurden.
[1] I. Ioanou und R. L. Kuczkowski, J. Chem. Phys. 98, 2231 (1993)
Depletion modulation of Ar-H2 O in a supersonic planar plasma
— •Harold Linnartz1,2 and Dorinel Verdes1 for the collaboration — 1 Departement Chemie, Universität Basel, Klingelbergstrasse 80,
CH-4056 Basel — 2 Fysische Chemie, FC-FEW-VU, De Boelelaan 1083,
NL-1081 HV Amsterdam
A sensitive detection technique for tunable diode laser spectroscopy is
presented that is suited to study rotationally resolved spectra of weakly
bound complexes. The method uses a low energetic plasma source to
achieve an efficient concentration modulation in a supersonic planar
jet expansion. The method is demonstrated with rotationally resolved
spectra of the Π(110 ) ← Σ(101 ) and Π(212 ) ← Σ(101 ) internal rotation/vibration bands of ortho Ar-H2 O in the ν2 bend region of H2 O.
The latter transition has not been reported before and is located at
1658.0309(6) cm−1 .
More information is available from D. Verdes and H. Linnartz, Chem.
Phys. Lett. 355 (2002) 538.
Stark-Effekt in vibronisch angeregten Zuständen von PentacenMolekülen — •Achim Hese und Gerald Hoheisel — Technische
Universität Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin
Wie bereits berichtet, zeigt der vibrationslose S1 -Zustand von freien
Pentacen-Molekülen unerwartet große Polarisierbarkeiten [1]. Sie werden
als vibronische Polarisierbarkeiten interpretiert. Neue Untersuchungen
mit der laserinduzierten Fluoreszenz-Spektroskopie am hochkollimierten
geseedeten Düsenstrahl ergeben auch bei den ersten beiden vibronisch
angeregten Zuständen bei 80 cm−1 und 195 cm−1 hohe Polarisierbarkeiten mit abnehmender Tendenz. Die Ergebnisse werden vorgestellt und
diskutiert. Sie können einen Beitrag zur Identifizierung der Schwingungsmoden liefern.
[1] E. Heinecke, D. Hartmann and A. Hese, JCP, 118, 1(2003)
REMPI and UV-UV double resonance spectroscopy of tryptophan containing dipeptides — •Isabel Hünig, Kai Seefeld,
and Karl Kleinermanns — Universit ät D üsseldorf, Institut f ür
Physikalische Chemie 1, Universit ätstr. 1, 40225 D üsseldorf
Molekülphysik
Donnerstag
Tryptophan ethylester (Trp-OEt) and the dipeptides glycinetryptophan (Gly-Trp), tryptophan-serine (Trp-Ser) and prolinetryptophan (Pro-Trp) exhibit complex R2PI spectra in the region from
34550 to 35600 cm-1. The number of conformers observed for all four
molecules in the investigated spectral range by UV-UV double resonance
spectroscopy is surprisingly small. The spectrum of Trp-OEt consists
of bands from three different conformers with redmost bands at 34811
cm-1, 34705 cm-1, and 34548 cm-1, respectively. The dipeptide spectra
each consist of lines of two conformers in the investigated spectral range
from 34550 to 35600 cm-1 for Gly-Trp, 34300 to 34960 cm-1 for Trp-Ser
and 34650 to 35100 cm-1 for Pro-Trp. Our results on Gly-Trp are in
agreement with previous observations by Levy and co-workers.
Erzeugung und Dotierung von großen para-Wasserstoffclustern
— •O. Bünermann, J. Weber, M. Wewer und F. Stienkemeier
— Fakultät für Physik, Universität Bielefeld, Universitätsstr. 25, 33615
Bielefeld
Die Verwendung von superfluiden Helium-Nanotröpfchen zur Synthese
und zur Untersuchung von Molekülen und Clustern bis hin zu größeren
molekularen Komplexen hat in der letzten Zeit viel Beachtung gefunden
(siehe z.B.: Sonderausgabe in J.Chem.Phys. [1]). Alternativ zu Heliumtröpfchen gehören auch große Wasserstoffcluster zur Gruppe der Quantencluster mit aussichtsreichen Perspektiven zur Untersuchung sowohl
quantenmechanischer Effekte bei tiefen Temperaturen, als auch zur Anwendung in spektroskopischen Experimenten. Von besonderem Interesse
gerade in bezug auf theoretische Betrachtungen sind Cluster aus paraWasserstoff. Wir erzeugen Wasserstoffcluster im Überschalldüsenstrahl.
Die Konversion in den Rotationsgrundzustand wird in unserem Aufbau
direkt in der Strahlquelle vollzogen. In der Häufigkeit mit Metallatomen
dotierter großer Cluster ((H2 )n , 100 < n < 108 ) zeigen sich Anomalien bei
Variation der Clustergröße. Diese werden im Zusammenhang mit ersten
spektroskopischen Daten in bezug auf den Aggregatzustand der Cluster
diskutiert.
[1] ”Helium Nanodroplets: A Novel Medium for Chemistry and Physics“
J.Chem.Phys. 115(22), 10065–10281 (2001).
We use a simple model for the description of a combined electronic
and nuclear motion. A variation of the electron–nuclei interaction energy allows us to study the transition from an adiabatically uncoupled
situation to the case where the adiabatic approximation breaks down.
Wave-packet calculations illustrate the dynamical changes of electronic
and nuclear probability densities in a non-adiabatic transition. The influence of the coupling on the transport of electron density between different ions is investigated with the help of time–dependent Laplacians
and Wigner phase–space distributions.
THIS - Infrarot-Heterodyn-Spektroskopie der nächsten Generation — •Daniel Wirtz, Guido Sonnabend und Rudolf Schieder — I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Zülpicher Str.77,
50937 Köln
Im Verlauf der letzten 30 Jahre hat sich die Infrarot-HeterodynSpektroskopie zu einem wertvollen Instrument der astrophysikalischen
Beobachtung entwickelt.
Wann immer höchste Frequenzauflösung
bei gleichzeitig hoher Empfindlichkeit benötigt wird ist HeterodynBeobachtung das Mittel der Wahl.
Das Kölner Instrument THIS (Tuneable Heterodyne Infrared Spectrometer) ist das einzige durchstimmbare und für astronomische Anwendungen geeignete IR-Heterodyn-System weltweit, die Empfindlichkeit ist
durch den Einsatz neuartiger Quanten-Kaskaden-Laser als Lokaloszillatoren (LO) erstmals vergleichbar mit etablierten, auf Gaslasern als LO
basierenden Systemen. Die möglichen Einsatzgebiete umfassen Erkundungen der Erdatmosphäre über Beobachtungen im Sonnensystem bis
hin zu Untersuchungen im interstellaren Medium. Die Analyse hochaufgelöster Spektren erlaubt die Feststellung wichtiger physikalischer Parameter des untersuchten Mediums wie Druck, Temperatur, Zusammensetzung, etc. per Fernerkundung. Dies bietet z.B. die Möglichkeit der Langzeitbeobachtung Klima-relevanter Spurengase in der Erdatmosphäre aber
auch die Untersuchung der dynamischen Verhältnisse in proto-planetaren
Scheiben. Mittelfristiges Ziel ist der Einsatz von THIS auf dem Flugzeug
Observatorium SOFIA.
Correlated electronic and nuclear dynamics in a simple model
system — •Marco Erdmann1 , P. Marquetand1 , C. Meier2 , and
V. Engel1 — 1 Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg,
D-97074 Würzburg, Germany — 2 Laboratoire Collisions, Agrégats et
Réactivité (IRSAMC), Université Paul Sabatier, 31062 Toulouse, France
MO 13 Grosse molekulare Cluster und Fullerene
MO 13.1 Fr 11:30 B 305
Coulomb explosion of DNA bases — •Thomas Schlathölter,
Jur de Vries, Ronnie Hoekstra, and Reinhard Morgenstern —
KVI Atomic Physics, Rijksuniversiteit Groningen, NL-9747AA Groningen, Netherlands
Modeling radiation damage on a macroscopic level has reached a high
level of sophistication. However, for a full understanding of the processes
involved and for a realistic modeling the molecular pathways have to be
investigated on a microscopic level. Within the track of the primary radiation, hyperthermal electrons as well as singly and multiply charged ions
are formed. We studied the interaction of the latter with RNA/DNA
bases (uracil, thymine, guanine). From the flight-time differences of two
correlated fragments in coincidence with an emitted electron we obtained
the kinetic energy release for particular dissociation channels. For Cq+
(q = 1 − 6) we found surprisingly high kinetic energies of the fragment
ions as well as unusual shapes of the islands in the coincidence plots.
This indicates a two body Coulomb explosion of the intermediate multiply charged molecules as a first step followed by extensive fragmentation
of these intermediates. To drive this processes to the extreme, electron removal and subsequent Coulomb explosion of nucleobases driven
by Xeq+ (q = 5 − 25) was studied. Such very highly charged ions affect
the molecules quite similar as strong laser fields, i.e. short interaction
time ( 10fs) as well as high electric field ( 0.05 a.u.). It turns out, that
the original location of the fragment within the molecule strongly affects
the corresponding coincidence patterns.
Raum: B 305
MO 13.2 Fr 11:45 B 305
Quanteninterferenzen mit Porphyrinen und Fullerenderivaten — •Björn Brezger1,2 , Stefan Uttenthaler1 , Lucia
Hackermüller1 , Elisabeth Reiger1 , Klaus Hornberger1 ,
Markus Arndt1 und Anton Zeilinger1 — 1 Institut für Experimentalphysik, Universität Wien — 2 Fachbereich Physik, Universität
Konstanz
Wir experimentieren mit Molekülstrahlen bei Massenzahlen um 1000
und erforschen das quantenmechanische Materiewellenverhalten in der
Schwerpunktsdynamik dieser komplexen Objekte. Durch Modifikation
unseres bisher auf Fullerene spezialisierten Interferometeraufbaus wurde
eine breitere Klasse von Molekülen detektierbar und der Weg zu noch
höheren Massenzahlen bereitet. Wir stellen Signale zur MateriewellenInterferenz mit dem bisher massivsten Teilchen, dem fluorierten Fulleren
C60 F48 , und erstmals mit einem Biomolekül, einem Porphyrin, vor.
MO 13.3 Fr 12:00 B 305
Femtosecond Spectroscopy of C60 — •Mark Boyle1 , C.P.
Schulz1 , I.V. Hertel1,2 , M. Hedén3 , and E.E.B. Campbell3 —
1
Max Born Institut, Max-Born-Str. 2A, D-12489 Berlin — 2 Fachbereich
Physik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, D-14195 Berlin —
3
Göteborg University and Chalmers University of Technology, SE-41946,
Göteborg, Sweden
The mechanisms and time scales for energy redistribution in large
molecular systems are of considerable interest to understanding and controlling their dynamical behavior. The fragmentation and ionization
Molekülphysik
Freitag
dynamics yield important information about the energy redistribution
within molecules and clusters. Single laser pulse experiments on gas
phase C60 , where the pulse duration has been varied between 30 fs and
5 ps, have been interpreted to show three relaxation times [1]. The electronic cooling from the electronic excitation to the electronic bath is seen
to relax within 100 fs, the electron-phonon coupling time occurred between 300 fs and 700 fs, and finally the coupling among all vibrational
degrees of freedom beyond 1 ps. The pump-probe technique has been
recently applied to gas phase C60 to further understand the relaxation
dynamics and look at times beyond 5 ps. Results from the recent pumpprobe measurements will be discussed in the presentation.
[1] Campbell, et al. PRL 84, (2000) 2128.
Photoexcited electron spectra of Ne Van-der-Waals clusters taken
above the Ne 2s inner valence threshold are shown to display a signal
at low kinetic energies that is not present in the Ne monomer. These
findings are strong evidence for the existence of an ultrafast nonradiative decay channel for inner valence holes of spatially extended systems,
such as Van-der-Waals clusters. This pathway denoted as Interatomic
Coulombic Decay (ICD) was recently predicted from Green’s function
calculations. Following the initial ionisation an inner valence hole state
in a weakly bonded system can undergo ultrafast relaxation due to energy transfer to a neighbouring atom, followed by electron emission from
this neighbouring site. In the final state there will be a doubly positive
charged species carrying the charges at two atomic sites.
MO 13.4 Fr 12:15 B 305
Energieabhängiges Verhalten der Plasmonanregung von C60
nach Photoionisation oberhalb der C(1s)-Schwelle — •A.
Reinköster1 , S. Korica1 , B. Langer2 , S. Cvejanovic1 , J.
Viefhaus1 und U. Becker1 — 1 Fritz-Haber-Institut der MaxPlanck-Gesellschaft, Faradayweg 4–6, Berlin — 2 Max-Born-Institut,
Max-Born-Str. 2a, 12489 Berlin
Das dynamische Verhalten der Plasmonangerung nach der Innerschalenphotoionisation von C60 wurde durch Photoelektronenspektroskopie
mit Photonenenergien bis zu 400 eV untersucht.
Es zeigte sich
bei verschiedenen kinetischen Energien der erzeugten K-SchalenPhotoelektronen, dass das Intensitätsverhältnis der Plasmonangerung
zur C(1s)-Hauptlinie den Erwartungen des Modells von T. D. Thomas [1]
entspricht. Dabei findet innerhalb mehrerer Elektronenvolt ein Übergang
von der sogenannten adiabatischen zur plötzlichen Anregung statt.
Des Weiteren wurde der Anisotropieparameter β der C(1s)-Hauptlinie
für dieselben Energien bestimmt. Diese β-Werte ähneln denen der
C(1s)-Hauptlinie vom CO-Molekül und unterstreichen eine ähnliche
Zusammensetzungen der Partialwellen in beiden Molekülen.
[1] T. D. Thomas, Phys. Rev. Lett. 52 (1984), 417
MO 13.6 Fr 12:45 B 305
Anisotropic fragmentation and micro-solvation in clustersurface collisions — •Anna Tomsic, Hartmut Schröder,
Karl-Ludwig Kompa, and Christoph R. Gebhardt — MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Straße 1, D-85748
Garching, Germany
The fragmentation dynamics of (H2 O)1032 colliding with a repulsive
surface at two incident velocities have been examined in a classical molecular dynamics simulations study. The results show a large anisotropy in
the energy distribution inside the cluster upon impact, which leads to
asymmetric fragmentation, starting in the lower-outer part of the cluster. The low-mass region of the size distribution can be described by a
power law with an exponent close to −2, and the range of this region
increases with increasing incident velocity. The formed fragments have
rather uniform internal temperatures close to the standard boiling point
of water, but the translational temperature of the monomers formed upon
collision is much larger, pointing at the anisotropic energy distribution
inside the cluster. For the investigated conditions, the dynamics are insensitive to the initial structure of the cluster. The introduction of an
ion to the center of the cluster allows for the study of micro-solvation
effects, e.g. ligand exchange processes, during the collision.
MO 13.5 Fr 12:30 B 305
Experimental evidence for Interatomic Coulombic Decay of Ne
Clusters — •Simon Marburger1,2 , Oliver Kugeler1 , Uwe Hergenhahn1,2 , and Thomas Möller3 — 1 Fritz-Haber-Institut der MaxPlanck-Gesellschaft, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin, Germany — 2 MaxPlanck-Institut für Plasma Physik, Boltzmannstr. 2, 85748 Garching,
Germany — 3 Hasylab am DESY, Notkestr. 85, 22603 Hamburg, Germany
MO 14 Kohärente Dynamik
MO 14.1 Fr 11:30 B 302
Collisions Cause Coherence — •Matias Bargheer, Markus
Gühr, and Nikolaus Schwentner — Experimentalphysik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
The electronic excitation of a molecule with a femtosecond laser pulse
results in the creation of a vibrational wavepacks. Many investigations
focus on the question, how the vibrational and electronic coherence is
destroyed by the surrounding of the molecule. Especially the frequent,
and often dissipative, scattering events in dense environments like solids
or liquids seem to promote the loss of coherence.
In this contribution we demonstrate that inelastic collisions of the
molecular wavepacket with solvent atoms also creates new vibrational
coherences. We analyze fs-pump-probe spectra on the I2 molecule embedded in a Kr solid at 20 K. The systematic tuning of pump and probe
wavelength shows that scattering processes create vibrational wavepackets with an energy which is not initially populated by the laser pulse.
Moreover, we show that the collision gives rise to vibrational coherence
in an electronic state that is not excited by the pump-pulse, i.e. the coherence survives nonadiabatic decay to a new electronic state combined
with large energy loss of more than 0.7 eV.
MO 14.2 Fr 11:45 B 302
Kohärente
THz-Phononen
durch
elektronische
Molekülanregung — •Markus Gühr1 , Matias Bargheer1 ,
Peter Dietrich2 und Nikolaus Schwentner1 — 1 Institut für
Experimentalphysik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195
Berlin — 2 803-1000 Castle Hill Cres., Ottawa ON, K2C 3L7, Canada
Raum: B 302
Die elektronische Anregung von I2 -Molekülen in kryogenen KrMatrizen mittels fs-Laserpulsen erlaubt die Erzeugung und Beobachtung
von Phononen der Matrix.
Wir beobachten im fs-Pump-Probe Spektrum eine bis zu 15 ps phasenstarre Schwingung mit einer Frequenz von 1.5 THz bei einer Frequenzbreite von unter 5%. Die Frequenz von 1.5 THz gehört zu einem Zonenrandphonon, das aufgrund seiner niedrigen Gruppengeschwindigkeit (<
1/30 der Schallgeschwindigkeit) an seiner Quelle (I2 ) lokalisiert bleibt.
Das Iodmolekül sitzt auf einem doppelsubstitutionellen Gitterplatz.
Von insgesamt 18 Nachbaratomen sind vier in 110-Richtung sitzende von
der Iodschwingung entkoppelt. I2 wird mit einem fs-Laserpuls (τ ≈30 fs)
vom elektronischen Grundzustand X(1 Σ0 ) in den elektronisch angeregten A(3 Π1 ) oder B(3 Π0 ) Zustand gebracht. Dabei ändert sich die Form
der Molekülorbitale und somit die I2 -Kr Wechselwirkung. Dies führt zu
einer Anregung von Gitterschwingungen, die in den entkoppelten 110
Richtungen ungestört propagieren.
Die Dichtemodulation der Umgebung überträgt sich auf das fs-PumpProbe Spektrum des I2 durch eine Änderung der Differenzenergien der
elektronischen Zustände.
MO 14.3 Fr 12:00 B 302
Controlling molecular dissociation by optimizing vibrational
ladder climbing — •Thomas Witte, Thomas Hornung, Lars
Windhorn, Detlev Proch, Regina de Vivie-Riedle, Marcus
Motzkus, and Karl Kompa — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
To achieve large population transfer to high vibrational levels in a se-
Molekülphysik
Freitag
lected ground-state mode of a polyatomic molecule (Cr(CO)6 ), we apply
chirped femtosecond mid-infrared laser pulses at 2000 cm−1 to optimize
vibrational ladder climbing as an energy deposition mechanism, which
in turn controls the outcome of a unimolecular dissociation process [1].
Its dependence on excitation parameters (frequency, intensity, chirp) is
investigated and found to be in excellent agreement with a theoretical
calculation. In particular, it is shown that optimizing vibrational ladder
climbing allows for coherently controlled excitation even in a polyatomic
molecule.
[1] T. Witte, T. Hornung, L. Windhorn, D. Proch, R. de Vivie-Riedle,
M. Motzkus, K.L. Kompa, J. Chem. Phys., Feb 1, 2003.
MO 14.4 Fr 12:15 B 302
An evolutionary target analysis applied to the multichannel energy flow in LH2 — •Wendel Wohlleben1 , Tiago Buckup1 , Jennifer L. Herek2 , Richard J. Cogdell3 , and Marcus Motzkus1
— 1 MPI für Quantenoptik, D-85748 Garching — 2 AMOLF, Amsterdam,
NL — 3 IBLS, University of Glasgow, UK
Multichannel energy flow networks give rise to both temporally and
spectrally overlapping signals from numerous decay states. Here we devellop an evolutionary target analysis that retrieves the spectral profiles
and interconversion rates of target states according to a rate equation
model. The algorithm offers flexible testing of kinetic network models
with low a priori knowledge requirements. It applies universally to inversion of any time-resolved spectra. Starting from transient absorption
spectra of LH2 from Rps. acidophila, our best fit model reproduces correctly the well-known cooling and decay behavior in the S1 band, but
necessitates an additional, clearly distinct singlet state S* that does not
exchange with S1 , promotes ultrafast triplet population and participates
in photosynthetic energy transfer.
MO 14.5 Fr 12:30 B 302
Mehrfachschaltbarkeit
in
biphotochromen
DHA/VHFSystemen — •Ulrich Schmidhammer, Vincent de Waele und
Eberhard Riedle — Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion
Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München
Molekulare Schalter aus zwei photochromen Einheiten können mehrfach schaltbare Systeme ermöglichen. Im Falle des 1,8a-Dihydro-2,3bis(3-(2,5-dimethylthienyl))azulen-1,1-dicarbonitril DTE-DHA ist eine
Dithienylethengruppe über eine Doppelbindung mit einem Dihydroazulenderivat stark gekoppelt. Aus dieser Konstellation ergibt sich die
Möglichkeit einer zyklischen Schaltbarkeit. Eine erwartete vierte Spezies konnte allerdings weder mit stationären noch mit ns-zeitaufgelösten
spektroskopischen Untersuchungen nachgewiesen werden. Um die Existenz dieses vierten Isomers in Form eines möglichen kurzlebigen, transienten Zustands zu überprüfen und die Schaltprozesse sowie vorhandene
Konkurrenzkanäle aufzudecken, wurde Breitbandspektroskopie mit einer
Zeitauflösung im sub ps-Bereich angewandt. Aus den Messungen leitet
sich ein Modell eines parallelen, ultraschnellen Entstehens zweier stabiler Isomere nach UV-Bestrahlung ab. Dieses konnte mit Hilfe kohärenter
Zwei-Farben-Spektroskopie (Zeitauflösung 40 fs) verifiziert werden.
MO 14.6 Fr 12:45 B 302
Reaktionspfadspezifische Wellenpaketsdynamik in Doppelprotontransfersystemen — •Kai Stock, Christian Schriever, Stefan Lochbrunner und Eberhard Riedle — LS für BioMolekulare
Optik, Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München
Transiente Absorptionsspektroskopie mit UV-Anregung und sichtbaren Abfragepulsen erlaubt uns, den intramolekularen Doppelprotontransfer an [2,2’-Bipyridyl]-3,3’-diol in aprotischer Umgebung bei einer
Zeitauflösung von 30 fs in Echtzeit zu beobachten. Für das untersuchte
Molekül wird sowohl ein konzertierter als auch sequentieller Protonentransfer in der Literatur diskutiert [1]. Wir beobachten starke Oszillationen in den zeitaufgelösten Absorptionsmessungen, die kohärenter Wellenpaketsdynamik in ausgezeichneten Normalmoden zugeordnet werden
können. Der Vergleich mit ab-initio-Rechnungen zeigt, dass dem konzertierten Reaktionspfad eine Streckschwingung, dem sequentiellen dagegen
eine Biegeschwingung zugeordnet werden kann. Die Abhängigkeit der
Schwingungsamplituden von der Pump- bzw. Probewellenlänge bestätigt
diese Zuordnung.
[1] H. Zhang, P. van der Meulen, M. Glasbeek, Chem. Phys. Lett. 253
(1996) 97.
MO 15 Ultrakalte Moleküle
MO 15.1 Fr 14:00 B 302
A universal guide for slow molecules — •T. Rieger, T. Junglen,
S.A. Rangwala, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe — Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Progress in cooling and trapping of dilute molecular gases has opened
up new perspectives to the field of molecular physics. We have developed
a continuous source of slow dipolar molecules [1] as a first step in a cold
molecule experiment. Here the Stark effect is exploited to select slow
molecules from a thermal gas reservoir and guide them into an ultrahigh
vacuum. In the experiment, molecules from an effusive source are injected
into a bent electrostatic quadrupole guide which acts as a longitudinal
and transversal velocity filter for low-field-seeking molecules. Simulations show that it is also feasible to guide high-field-seeking molecules by
applying alternating voltages. However the velocities as well as the fraction of the guided molecules are much smaller, so that the experimental
demonstration is a challenge [2]. Here we report on progress in guiding
high- and low-field-seeking molecules.
[1] S.A. Rangwala et al., ArXiv:Physics/0209041
[2] Loesch et al., Phys. Rev. Lett. 85, 2709 (2000); H.L. Bethlem et al.,
Phys. Rev. Lett. 88, 13003 (2002)
MO 15.2 Fr 14:15 B 302
Edelmetall-Mischcluster in Heliumtröpfchen — •A. Przystawik,
P. Radcliffe, Th. Diederich, J. Tiggesbäumker und K.-H.
Meiwes-Broer — Universität Rostock, Fachbereich Physik, Universitätsplatz 3, 18051 Rostock
Bei einer Düsenstrahlexpansion von Helium ins Vakuum entstehen Heliumtröpfchen, in denen durch den Einfang von Atomen in einer Pick-UpZelle extrem kalte, neutrale Metall-Cluster gebildet werden können [1].
Unser bisheriger Aufbau limitierte die Untersuchungen auf Materialien,
die den zum effektiven Einfang nötigen Dampfdruck von etwa 10−4 mbar
unterhalb von 1250 K erreichen. Eine neu konzipierter Pick-Up-Einheit
ermöglich nun höhere Temperaturen und damit die Verdampfung von
Raum: B 302
Materialien wie Kupfer und Gold. Außerdem wird durch die Verwendung
von zwei Pick-Up-Zellen die Möglichkeit zur Bildung von Mischclustern
eröffnet.
Erste Experimente haben gezeigt, daß sich sowohl reine Kupfer- und
Gold-, als auch Silber-Gold-Mischcluster in Heliumtröpfchen aufbauen
lassen. Es werden Massenspektren von Cun sowie Aun Agm vorgestellt,
die eine erhöhte Stabilität ausgezeichneter Clustergrößen zeigen.
[1] A. Bartelt and J.D. Close and F. Federmann and N. Quaas and J.P.
Toennies, Phys. Rev. Lett. 77, 3525 (1996)
MO 15.3 Fr 14:30 B 302
Untersuchungen zur Lebensdauer eines angeregten Zustandes
in Ag8 — •Th. Diederich, A. Przystawik, T. Döppner, J. Tiggesbäumker und K.-H. Meiwes-Broer — Fachbereich Physik, Universität Rostock, Universitätsplatz 3, 18051 Rostock
In Edelgaströpfchen (He, Ar) und -matrizen (Ar) erzeugte bzw. eingelagerte Ag8 -Cluster zeigen im Bereich von 4 eV eine starke Absorbtion [1,2,3]. Es zeigt sich, dass es durch verzögerte ns-Pulse möglich
ist, die Dynamik des Übergangszustandes zu messen. Dabei regt der
Pump-Puls (312 nm) Ag8 in den Zwischenzustand an und ein verzögert
eingestrahlter Probe-Puls (266 nm) ionisiert den Cluster, der dann mit
einem TOF-Massenspektrometer nachgewiesen wird. Interessanterweise
zeigt das Signal nur dann einen deutlichen Pump-Probe-Effekt, wenn sich
der Cluster zwischen Anregung und Ionisation in einem elektrischen Feld
befindet. Die Lebensdauer liegt dann im Bereich von mehreren µs und
ist umso geringer, je stärker das Feld und je länger die Verweildauer des
angeregten Clusters im Feld ist.
[1] F. Federmann et al. Eur. Phys. J. D 9, 11 (1999)
[2] Th. Diederich et al. J. Chem. Phys. 116, 3263 (2002)
[3] C. Félix et al., Phys. Rev. Lett. 86, 2992 (2001)
Molekülphysik
Freitag
MO 15.4 Fr 14:45 B 302
Erzeugung und Untersuchung von Alkali-Mischclustern in
Helium-Nanotröpfchen — •G. Droppelmann1 , C. P. Schulz2 , F.
Stienkemeier1 und P. Claas1 — 1 Fakultät für Physik, Universität
Bielefeld, Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld — 2 Max-Born-Institut,
Max-Born-Strasse 2a, 12489 Berlin
Berichtet wird über aktuelle Messungen zur Mischdotierung von
Helium-Nanotropfen. Tröpfchen mit Durchmessern im Bereich von
10 nm stammen aus einer Düsenstrahlexpansion von Heliumgas bei
typischerweise 19 K und 60 bar. Sie werden in einer Ofenzelle durch
sukzessive pick-up-Prozesse mit bis zu 30 Atomen eines Elementes
der Alkaligruppe dotiert, die sich zu einem Cluster zusammenlagern.
In einem weiteren Ofen werden dann Atome eines anderen Alkalis
hinzugefügt, oder auch durch Gaseinlass in die Vakuumkammer
Gemische mit Molekülen (z.B. O2 , H2 O) erzeugt. Die Einlagerungen
werden nichtresonant mit einem fs-Laser ionisiert und in einem
Quadrupol-Massenspektrometer analysiert.
Die Ergebnisse werden diskutiert in Bezug auf Stabilitätseigenschaften
und das Fragmentationsverhalten kleiner Alkalimischcluster. Von besonderem Interesse sind hier die Hochspinzustände, die bei der Bildung von
Alkaliclustern auf Heliumtröpfchen bevorzugt werden.
MO 15.5 Fr 15:00 B 302
Laser-Induzierte-Fluoreszenz
von
Perylen-3,4,9,10Tetracarbonsäuredianhydrid
(PTCDA)
in
HeliumNanotröpfchen — •M. Wewer und F. Stienkemeier —
Fakultät für Physik, Universität Bielefeld,Universitätsstr. 25, 33615
Bielefeld
PTCDA als Prototyp eines organischen Halbleiters ist intensiv in den
letzten Jahren untersucht worden. Die Epitaxie sehr dünner PTCDA Lagen auf metallischen Oberflächen ermöglichte Strukturuntersuchungen dieser Schichten. Elektroabsorptionsmessungen lieferten den
Nachweis von optisch erzeugten Ladungen. Die optischen Eigenschaften einzelner Moleküle sind jedoch nur aus extrem verbreiterten Spektren von Molkülen in organischen Lösungen bekannt. Wir erhalten
durch Helium-Nanotröpfchen Isolationsspektroskopie (HENDI) ein hochaufgelöstes Schwingungsspektrum mit Linienbreiten von ca. 1cm−1 . Die
einzelnen Linien des Spektrums können anhand von Ramanspektren weniger Monolagen des PTCDA Moleküls auf verschiedenen metallischen
Oberflächen und theoretischen Rechnungen einzelnen Schwingungsmoden zugeordnet werden. Abschließend wird ein weiteres Perylen Derivat,
N,N-Dimethyl 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäurediimid (MEPTCDI) und
dessen Schwingungsspektrum in Helium-Nanotröpfchen diskutiert.
MO 15.6 Fr 15:15 B 302
Dynamik von Kaliumdimeren auf der Oberfläche von superfluiden Helium-Nanotröpfchen — •P. Claas1 , C. P. Schulz2 und F.
Stienkemeier1 — 1 Fakultät für Physik, Universität Bielefeld, Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld — 2 Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2a,
12489 Berlin
Superfluide Heliumtröpfchen (HeN , N ≈ 5000) kondensieren in einer
Überschallexpansion aus einer kalten Düse (Stagnationsdruck ≈ 50 bar,
Düsentemperatur ≈ 19 K) und werden anschließend sukzessive mit zwei
Kaliumatomen dotiert. Diese binden sich zu einem Molekül, welches
schwach an der Oberfläche des Tröpfchens gebunden ist. Der KaliumHelium-Komplex stabilisiert sich durch Abdampfen einzelner Heliumatome bei einer Gleichgewichtstemperatur von 380 mK.
Mit Hilfe von Pump-Probe-Spektroskopie wurde die Vibrationsdynamik der Kaliumdimere auf dem Tröpfchen in einem Wellenlängenbereich
von 780 - 850 nm untersucht.
Dabei erweist sich die Heliumumgebung
P
für den tiefer liegenden A1 +
u -Zustand als ideale, d.h. nichtQbeeinflussende Matrix, wohingegen der höher liegende Zustand (2)1 g gestört
wird. Daneben konnte bei Anregungsenergien λ ≤ 800 nm durch einen
2-Photonenprozess ein Wellenpaket im Grundzustand des Dimers erzeugt
werden. Bei freien Dimeren wurde ein solcher Laser-stimulierter-Prozess
bisher nur bei Intensitäten beobachtet, die weit höher lagen als in unserem Experiment.
MO 15.7 Fr 15:30 B 302
Emissionsspekten organischer Moleküle in superflüssigen Heliumtropfen — •Rudolf Lehnig und Alkwin Slenczka — Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Universität Regensburg,
93040 Regensburg
Wir haben das Emissionspektrum von Phthalocyanin in Heliumtropfen
bei unterschiedlichen Anregungsenergien untersucht. Während die Emission aus dem Ursprung des S1 -S0 Übergangs wie auch das Anregungsspektrum bis auf eine absolute Rotverschiebung von 39 cm−1 mit dem entsprechenden Düsenstrahlspektrum [1] übereinstimmt, beobachten wir bei
vibronischer Anregung in Heliumtropfen - anders als beim freien Molekül
- eine Verdoppelung aller Linien des Emissionsspektrums. Eine ähnliche
Verdoppelung zeigt auch das Emissionsspektrum des Mg-Phthalocyanins
in Heliumtropfen. Zur Erklärung dieses Effektes postulieren wir ein Modell zweier spektral unterscheidbarer Relaxationszustände der direkten
Heliumumgebung des eingelagerten Moleküls. Solch ein Modell wurde
bereits zur Interpretation von Doppelresonanzspektren von Tetracen in
Heliumtropfen herangezogen [2].
[1] P.S.H. Fitch, L. Wharton und D.H. Levy, J.Chem.Phys. 69 (1978),
3424; J.Chem.Phys. 70 (1979), 2018; P.S.H. Fitch, C.A. Haynam und
D.H. Levy, J.Chem.Phys. 73 (1980), 1064; J.Chem.Phys. 74 (1981),
6612;
[2] A. Lindinger, J.P. Toennies und A.F. Vilesov. Phys. Chem. Chem.
Phys. 3 (2001), 2581
MO 15.8 Fr 15:45 B 302
Spontaneous alignment of tetracene molecules in 4 He droplets
— •Martina Havenith1 , Nikolas Pörtner1 , and Andrey F.
Vilesov2 — 1 Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Ruhr-Universität
Bochum, 44780 Bochum — 2 Department of Chemistry, University of
South Carolina, LA, CA 90089, USA
The polarization dependence of the laser induced fluorescence and absorption was investigated for single tetracene molecules embedded in 4
droplets having 4 = 3 · 103 − 3 · 105 atoms. The measurements revealed an
increase in the intensity up to 20 % in the spectra, when the laser polarization vector was aligned parallel to the direction of the droplet beam as
compared to the perpendicular alignment. This observation suggests a
spontaneous alignment of the molecules in the laboratory frame. A mechanism of the molecular alignment in the pick-up process is proposed.
MO 16 Ultraschnelle molekulare Dynamik
MO 16.1 Fr 14:00 B 305
Ultraschnelle Dynamik der Dissoziation und Rekombination
kleiner Moleküle in Festkörpern — •Matias Bargheer, Mizuho Fushitani, Markus Gühr, Toni Kiljunen und Nikolaus
Schwentner — Experimentalphysik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
Die Photodynamik des ClF (chlorfluorid) - Moleküls in Edelgasfestkörpern nach elektronischer Anregung oberhalb der Dissoziationsschwelle mit einem Femtosekunden-Laserpuls wird mittels Pump-Probe
Spektroskopie untersucht. Aus polarisations-sensitiven Experimenten
lässt sich direkt der ultraschnelle (τ = 1.2 ps) Verlust der molekularen
Ausrichtung entnehmen [1]. Durch Vergleich der Anregung in verschiedene Elektronische Zustände wird eine starke nichtadiabatische Kopplung
nachgewiesen, die ein Umklapen des Spins in weniger als 500 fs bewirkt
[2]. Die experimentellen Ergebnisse stimmen gut mit Moleküldynamik
Raum: B 305
Simulationen überein.
Die Dissoziationsdynamik des F Fragments wird über die ultraschnelle Bildung von Edelgashalogenid Exzimeren (Rg + X − ) abgefragt. Durch
Kodotierung eines weiteren Edelgases Rg 0 kann die Reaktion ClF +
Rg 0 ↔ Cl + Rg 0 F verfolgt werden.
[1] J. Chem. Phys. 117, 5-8 (2002)
[2] Phys. Rev. Lett. 89 108301 (2002)
Molekülphysik
MO 16.2 Fr 14:15 B 305
Femtosekunden-zeitaufgelöste Untersuchung des Einfluss der
Geometrie auf die Dissoziations- und Rekombinationsreaktion von Iod in Zeolithen — •Arnulf Materny 1,2 , Günter
Flachenecker1,2 , Alexander Jeschke1 und Volker Engel2 —
1
International University Bremen, School of Engineering and Science,
Campus Ring 8, 28759 Bremen — 2 Universität Würzburg, Institut für
Physikalische Chemie, Am Hubland, 97071 Würzburg
Die elementaren Schritte chemischer Reaktionen sind durch den Einsatz von Femtosekunden-Lasern direkt zugänglich geworden. Von großem
Interesse ist hierbei die Untersuchung des Einflusses der Molekülumgebung auf den Reaktionsablauf, da die meisten realen chemischen Prozesse
nicht in isolierten Molekülsystemen stattfinden.
In unserem Beitrag stellen wir die Ergebnisse von FemtosekundenPump-Abfrage-Experimenten an Iodmolekülen vor, die in eine kristalline
Zeolith-Matrix eingeschlossen wurden. Es zeigt sich, dass die Geometrie der Käfige und Kanäle den Ablauf der nach Anregung mit einem
Femtosekunden-Laserpuls stattfindenden stoßinduzierten Dissoziationsund Rekombinationsreaktion erheblich beeinflussen. Die variierten Parameter sind die Wellenlängen der Anregungs- und Abfragelaserpulse, die
Laserpolarisationen im Falle von Einkristallmessungen, die Zeolithstruktur und die Temperatur. Die beobachteten Reaktionsabläufe werden mit
Hilfe eines auf der Brownschen Moleküldynamik basierenden Modells beschrieben, wobei die induzierten Potentialkopplungen durch den LandauZener-Formalismus dargestellt werden.
MO 16.3 Fr 14:30 B 305
Energetik und Dynamik der photoinduzierten H-Transfer Reaktion in Indol(NH3 )n Clustern — •Helmut Lippert1 , Volker
Stert1 , Lukas Hesse1 , C.P. Schulz1 , Ingolf Volker Hertel1,2
und Wolfgang Radloff1 — 1 Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2A,
D-12489 Berlin, Germany — 2 Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, D-14195 Berlin, Germany
Die H-Transfer Reaktion in elektronisch angeregten Indol(NH3 )n Clustern wurde mittels Femtosekunden zeitaufgelöster Photoionendetektion
sowie Photoelektronenspektroskopie untersucht. Verschiedene Signalanteile, die aus Ein- und Zweiphotonenionisation resultieren, konnten voneinander separiert analysiert werden. Für kleine Cluster (n = 1 − 3) wird
ein ultraschneller Prozess mit einer Zeitkonstanten von etwa 150 fs beobachtet, welcher der internen Konversion vom primär angeregten ππ ∗ zu einem πσ ∗ -Zustand zugeordnet wird. Bei grossen Clustern (n ≥ 4)
findet nach dem H-Transfer eine strukturelle Umorientierung auf einer
Zeitskala von wenigen 10 ps statt.
MO 16.4 Fr 14:45 B 305
Die passive Rolle des Protons beim ultraschnellen Protontransfer — •Christian Schriever, Kai Stock, Stefan Lochbrunner
und Eberhard Riedle — LS für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Ludwig-Maximilians-Universität München
Der ultraschnelle intramolekulare Protontransfer (PT) im elektronisch
angeregten Zustand läuft gemäß transienten Absorptionsmessungen, die
mit einer Zeitauflösung von 30 fs in unserer Gruppe an verschiedenen PTMolekülen durchgeführt wurden [1], als ballistische Wellenpaketsdynamik
ab. Die Analyse der beobachteten kohärenten Schwingungsbewegungen
zeigt, dass sich das Wellenpaket entlang Koordinaten bewegt, die das
Molekülgerüst und insbesondere den H-Chelatring verformen. Das Wasserstoffatom scheint dabei entgegen der konventionellen Sichtweise nur
eine passive Rolle zu spielen. Um diese Vermutung zu bestätigen, wird
der PT des deuterierten 2-(2’-Hydroxyphenyl)benzothiazols (HBT) mit
der Wellenpaketsdynamik des undeuterierten Moleküls verglichen. Die
ballistische Wellenpaketsdynamik führt im undeuterierten Fall zu einem
charakteristischen, stufenartigen, aber um 50 fs verzögerten Anstieg der
Produktemission. Der Einfluss der Masse des Wasserstoffkerns auf die
Dynamik lässt sich anhand der Verzögerung direkt ablesen.
[1] S. Lochbrunner, A. J. Wurzer, E. Riedle, J. Chem. Phys. 112
(2000), 10699.
Freitag
MO 16.5 Fr 15:00 B 305
Investigation of the energy transfer after resonant vibrational
excitation using pump-probe spectroscopy: N2 O on NaCl(100)
— •Britta Redlich1,2 , Lex van der Meer1 , Gerard Meijer1,3,4 ,
Gert von Helden1 , and Helmut Zacharias2 — 1 FOM Institute
Rijnhuizen, Edisonbaan 14, 3439 MN Nieuwegein, The Netherlands —
2
Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität, WilhelmKlemm-Str. 10, 48149 Münster, Germany — 3 Department of Molecular and Laser Physics, University of Nijmegen, Toernooidveld 1, 6525
ED Nijmegen, The Netherlands — 4 Fritz-Haber-Institute of the MaxPlanck-Society, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin, Germany
The relaxation of a molecular system condensed on a surface after vibrational excitation is investigated using pump-probe spectroscopy. An
infrared light pulse of the Free Electron Laser for Infrared eXperiments
”FELIX” is used to pump resonantly a specific intramolecular vibration of the system N2 O condensed on NaCl(100) as well as to probe
the same transition after a variable time delay. The change in transmission is recorded spectrally resolved and the decay can be fit using a
bi-exponential function. The characteristic decay times are on the order
of ∼ 50 ps for a fast channel and ∼ 10 ns for a slow channel. They are
found to depend on the temperature at which the N2 O layer is prepared.
The dependence of the pump-probe signal on the laser fluence and on
the polarization of laser pulses is presented. The origin of the different
decay channels will be discussed.
MO 16.6 Fr 15:15 B 305
Probing Different Parts of the Excited State Surface of
Azobenzene by Absorption and Fluorescence Techniques
— •Peter Gilch1 , Helmut Satzger1 , Sebastian Spörlein1 ,
Christopher Root1 , Wolfgang Zinth1 , and Josef Wachtveitl2
— 1 Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität,Oettingenstr.
67, D-80538 München, Germany — 2 Institut für Physikalische und
Theoretische Chemie, Universität Frankfurt am Main, Marie-Curie-Str.
11, D-60439-Frankfurt, Germany
Azobenzene is a prototypical molecule undergoing trans → cis and vice
versa isomerisation in the excited state. The photoreactions in both directions are ultrafast, but there are qualitative differences between them.
While the cis-isomer reacts essentially single-exponentially, the trans reaction has a pronounced bi-phasic behaviour. By combining results from
femtosecond transient absorption measurements and steady state fluorescence spectroscopy different parts of the excited state surface could
be explored. These results help to construct empirical surfaces which in
turn yield a deeper understanding of the azobenzene photodynamics.
MO 16.7 Fr 15:30 B 305
Visualisierung komplexer Absorptionskinetiken aus Anreg/Abtast Experimenten — •Helmut Satzger und Wolfgang
Zinth — Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Oettingenstr.
67,
Ludwig-Maximilians-Universität München, 80538 München
In Anreg-/Abtast-Experimenten können durch die Verwendung von
Superkontinua und Vielkanal-Detektionssystemen Absorptionsänderungen über große Wellenlängenbereiche und mehrere Größenordnungen in
der Zeit nachgewiesen werden. Die Vielzahl an zugrundeliegenden Prozessen von Wellenpaketsbewegungen, exponentiellen Zerfällen bis zu diffusiven und Kühlprozessen können zu hoch komplexen spektralen Dynamiken führen. Etablierte Methoden wie die globale multi-exponentielle
Anpassung oder die Singularwert-Zerlegung sind häufig nicht in der Lage, dieser Komplexität gerecht zu werden. Im Vortrag wird als neuer
Ansatz ein qualitatives Verfahren vorgestellt, das eine visuelle Identifikation der beteiligten Prozesse erlaubt. Das Verfahren basiert auf einer
Ableitung der Messdaten auf der logarithmischen Zeitskala und erlaubt
es Kinetiken mit unterschiedlicher spektraler Signatur zu separieren. Die
Verfahren werden anhand einfacher synthetischer und komplexer experimenteller Messdaten (lichtschaltbare Azopeptide) verglichen.
MO 16.8 Fr 15:45 B 305
Untersuchung irreversibler Absorptionsänderungen in einem
dünnen BR-Film ausgelöst durch sub-100 fs Pulse — •Tobias
Schrader1 , Arne Sieg1 , Thorsten Fischer2 , Norbert Hampp2 ,
Markus Braun1 und Wolfgang Zinth1 — 1 Ludwig-MaximiliansUniversität München, BioMolekulare Optik, Oettingenstr. 67, 80538
München — 2 AG Prof. Hampp, Institut für Physikalische Chemie, 35032
Marburg
Unter den Anwendungen von Bakteriorhodopsin (BR), die schon vorgeschlagen worden sind, ist auch dessen Verwendung in permanenten
Molekülphysik
Speichermedien. Dabei spielen auch irreversibel ablaufende Prozesse eine wichtige Rolle. In diesem Zusammenhang wurde ein Film aus BRMolekülen in einer Polymermatrix mit Impulsen von weniger als 100 fs
Dauer bei 570 nm angeregt. Es wurden Impulsenergie sowie die Zahl
der angewendeten Impulse variiert. Bei Impulsenergien unter 0,8 mJ
Freitag
cm−2 konnte keine irreversible Absorptionsänderung beobachtet werden.
Bei größeren Impulsenergien ergab sich zunächst eine lineare Abnahme
der optischen Dichte der Probe mit steigender Impulsenergie bis eine
Sättigung erreicht wurde. Die Daten geben Hinweise auf die zugrundeliegenden Mechanismen.
Theoretische und Mathematische Grundlagen der Physik
Tages übersichten
THEORETISCHE UND MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN DER PHYSIK (MP)
Fachverbands-Leiter: Florian Scheck
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Institut für Physik, Staudinger Weg 7, 55099 Mainz
siehe auch: http://wwwthep.physik.uni-mainz.de/∼scheck/FVBMP.html
oder Web-Seite der DPG unter Die DPG/Organisation/Fachgremien“
”
(Hörsaal F309, Seminarraum A410, Poster Lichthof Empore)
Hauptvorträge
MP I
MP II
Mo
Mo
MP III
MP IV
Mo
Di
MP V
Di
MP VI
Di
11:00 (F309) Das Prinzip des fermionischen Projektors, Felix Finster
11:45 (F309) The periodicity of the periodic table - a mathematician’s perspective,
Jan Philip Solovej
14:00 (F309) Quantenfeldtheorie und Hopfalgebra-Kohomologie, Robert Oeckl
11:00 (F309) Quantisierte
Randströme
und
Chern-Zahlen
im
Hall-Effekt,
Hermann Schulz-Baldes
11:45 (F309) Aspekte der Spektraltheorie ungeordneter Hamiltonoperatoren,
Peter Stollmann
14:00 (F309) Indizien für die nichtstörungstheoretische Renormierbarkeit der
Quanten-Einstein-Gravitation, Oliver Lauscher
Fachsitzungen
MP
MP
MP
MP
0
1
2
3
Endliche Quantensysteme, Statistische Mechanik
Klassische Feldtheorie, Nichtkommutative Geometrie
Quantenfeldtheorie und Strings
Funktionalintegral-Methode, Endliche Quantensysteme
MP 4 Quanteninformation, Quantenchaos
MP 5 Postersitzung
MP 6 Postdeadlinebeiträge
Di
Mo
Mo
Di
15:00–16:00
15:00–16:00
16:30–18:00
15:00–16:00
Di 16:30–18:00
Di 16:00–19:00
Di 16:30–17:30
A410
F309
F309
F309
MP 0.1–0.2
MP 1.1–1.2
MP 2.1–2.3
MP 3.1–3.2
F309
Lichthof
A410
MP 4.1–4.3
MP 5.1–5.3
MP 6.1–6.2
Mitgliederversammlung des Fachverbands Theoretische und Mathematische Grundlagen der Physik
Mo 18:00–19:00
F309
Tagesordnung
1. Feststellung der Tagesordnung
2.Protokoll der Mitgliederversammlung vom 19. März 2002 in Leipzig
3. Wahl des Leiters des Fachverbands
4. Diskussion des Programms der Tagung 2004 in Ulm
5. Tagungsort 2005
6. Verschiedenes
Hauptvorträge
Hauptvorträge
Hauptvortrag
MP I Mo 11:00 F309
Das Prinzip des fermionischen Projektors — •Felix Finster —
Universität Regensburg
Es ist ein grundlegendes Problem der Quantenphysik, dass die bekannten physikalischen Gleichungen für sehr kleine Systeme (Planck-Skala) zu
Inkonsistenzen führen. Das Prinzip des fermionischen Projektors ist ein
Versuch, hier einen Schritt weiter zu kommen, indem man die mathematische Struktur der Raumzeit grundlegend verändert. Genauer werden die
metrische, kausale und topologische Struktur der Raumzeit aufgegeben.
Anstatt dessen werden ein lokales Eichprinzip, das Pauli-Prizip und das
Äquivalenzprinzip so miteinander abstrakt kombiniert, dass man einen
mathematischen Rahmen erhält, in dem sich neuartige Variationsprinzipien in der Raumzeit formulieren lassen.
Hauptvortrag
MP II Mo 11:45 F309
The periodicity of the periodic table - a mathematician’s perspective — •Jan Philip Solovej — University of Copenhagen
As a purely theoretical (mathematical) question one may ask what the
periodic table would look like if it extended to arbitrarily large atomic
numbers. Would it remain ”periodic”’ ? Put differently, could arbitrarily
large atoms have essentially equal chemical properties? I will present
a renormalized picture of large atoms which can be rigorously justified
in Hartree-Fock theory and which establishes the universal structure of
large atoms. This renormalized picture is based on the simple ThomasFermi model. I shall also present calculations that show that this atomic
picture gives fairly good predictions for the structure of physical atoms.
Hauptvortrag
MP III Mo 14:00 F309
Quantenfeldtheorie und Hopfalgebra-Kohomologie — •Robert
Oeckl — CPT Marseille-Luminy
Die simple Tatsache, dass der Raum der Feldkonfigurationen in der
Quantenfeldtheorie ein Vektorraum ist (und damit eine additive Gruppe bildet), führt zu der Beobachtung, dass die Algebra der Quantenfelder eine Hopfalgebrastruktur besitzt. Das zugrundeliegende Produkt
ist hierbei das normalgeordnete Produkt und die Algebrastruktur die
der symmetrischen Algebra (im Falle bosonischer Felder). Wir zeigen,
dass sowohl das Operatorprodukt als auch das zeitgeordnete Produkt
sich dann als sogenannte getwistete Produkte ergeben. Wir erklären das
Konzept eines getwisteten Produktes und Aspekte der zugrundeliegenden
Hopfalgebra-Kohomologie. Vakuumerwartungwerte sind ebenfalls direkt
aus den algebraischen Strukturen zu gewinnen (durch Anwendung der
Ko-Eins der Hopfalgebra). Das Operatorprodukt erscheint in unserem
Ansatz sekundär, während das normalgeordnete Produkt grundlegende
Bedeutung hat. In der Tat kann man letzteres auch als das Produkt
der klassischen Felder betrachten und damit eine Operatorinterpretation
ganz vermeiden. Stattdessen liegt, wie wir erläutern, die Interpretation
als Deformationsquantisierung nahe. Abschließend geben wir einen Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen, insbesondere in Richtung einer
Verbindung zur Renormierungstheorie. Wir planen, die benötigten mathematischen Konzepte kurz einzuführen, und setzten keine Kentniss von
Hopfalgebren voraus.
Hauptvortrag
MP IV Di 11:00 F309
Quantisierte Randströme und Chern-Zahlen im Hall-Effekt —
•Hermann Schulz-Baldes — Technische Universität Berlin
Im Quanten-Hall Effekt fließt der Strom durch zwei verschiedene Mechanismen: Lorentz-Drift einerseits und Randströme andererseits. Es ist
seit langem bekannt, dass der Lorentz-Drift durch die Kubo-Formel mikroskopisch berechnet werden kann und durch eine topologische Größe
quantisiert ist, nämlich die Chern-Zahl der Fermi-Projektion. Wir stellen ein neues Quantisierungstheorem für die Randströme vor, welches
letztere mit der Windungszahl eines bestimmten unitären Operators in
Verbindung bringt. Zudem sind die beiden obigen topologischen Quantenzahlen gleich. Dies folgt aus einem allgemeinen Dualitäts-Theorem
für Paarungen von K-Theorie mit zyklischer Kohomologie für gekreuzte
Produkte.
Hauptvortrag
MP V Di 11:45 F309
Aspekte der Spektraltheorie ungeordneter Hamiltonoperatoren
— •Peter Stollmann — Technische Universität Chemnitz
Es handelt sich um einen Überblick über rigorose Resultate unter anderem über Lokalisierung. Es wird diskutiert, wie verschiedene Arten
von Unordnung zu unterschiedlichen Transporteigenschaften führen. Für
Modelle, die zum Beispiel zur Beschreibung von Quasikristallen dienen,
spielen Ergodensätze eine besonders interessante Rolle.
Hauptvortrag
MP VI Di 14:00 F309
Indizien für die nichtstörungstheoretische Renormierbarkeit
der Quanten-Einstein-Gravitation — •Oliver Lauscher —
Universität Mainz / Universität Leipzig
In der jüngeren Vergangenheit haben sich die Hinweise darauf verdichtet, dass die vierdimensionale Quanten-Einstein-Gravitation (QEG)
eventuell gemäß Weinbergs Vorstellung von asymptotischer Sicherheit
nichtperturbativ renormierbar ist. Das würde bedeuten, dass die QEG
bis hin zu kleinsten Längenskalen mathematisch konsistent ist und Vorhersagekraft besitzt. Im Rahmen dieses Vortrags werden die wesentlichen
Indizien zusammengefasst, die bislang mit Hilfe des Zugangs der exakten
Renormierungsgruppe (RG) erhalten wurden: Unter Verwendung einer
trunkierten Variante der RG-Gleichung für die effektive Mittelwertwirkung wurde die Existenz eines UV attraktiven nicht-Gauß’schen RG Fixpunkts nachgewiesen, und zwar für zwei unterschiedliche Trunkierungen.
Genau dieser Fixpunkt ermöglicht es, bei Entfernung des UV-Cutoffs zu
einer fundamentalen Theorie zu gelangen, die frei von unphysikalischen
Singularitäten ist. Die numerischen Vorhersagen, die sich aus der Analyse des RG-Flusses in der Umgebung des Fixpunkts ergeben, stimmen für
die beiden untersuchten Trunkierungen sehr genau überein. Aufgrund
der Verträglichkeit der Resultate erscheint es als sehr unwahrscheinlich,
dass der gefundene nicht-Gauß’sche Fixpunkt nur ein Produkt des Trunkierens verkörpert.
Dienstag
Fachsitzungen
– Fachvorträge und Posterbeiträge –
MP 0 Endliche Quantensysteme, Statistische Mechanik
Raum: A410
Fachvortrag
MP 0.1 Di 15:00 A410
Die Hartree-Fock-Theorie des Elektronen-Positronen-Feldes
von Atomen — •Heinz Siedentop1 , Jean-Marie Barbaroux2 ,
Walter Farkas1 , Bernard Helffer3 und Dirk Hundertmark4
— 1 Mathematisches Institut, Theresienstr. 39, 80333 München —
2
Mathematik, Unversität Toulon, Toulon, Frankreich — 3 Mathematik,
Universität Paris Sud, Orsay, Frankreich — 4 Mathematik, Universität
Illinois, Urbana-Champaign, USA
Wir untersuchen die Energie des relativistischen ElektronenPositronen-Feldes von Atomen. Die Elektronen und Positronen werden durch ein elektrostatisch mit sich selbst und dem Atomkern wechselwirkendes zweifach quantisiertes Diracfeld beschrieben. Wir zeigen,
u.a. daß der Grundzustand in Hartree-Fock-Näherung existiert und
im Grundzustand lediglich Elektronen und keine Positronen vorhanden
sind. Die Einteilchen-Elektronen-Gleichungen sind mit den Dirac-NoPair-Gleichungen identisch.
Fachvortrag
MP 0.2 Di 15:30 A410
Asymptotik von Korrelationen und Witten Laplacians —
•Volker Bach und Jacob Moeller — FB Mathematik und
Informatik, Universitaet Mainz
Gegenstand der Untersuchung ist die Asymptotik der Paarkorrelation
klassischer Spinsysteme auf einem Gitter. Der Witten Laplacian erlaubt
ihre Charakterisierung durch seine Spektraldaten. Für eine gewisse Klasse von Hamiltonfunktionen (die nur eine Phase zulassen) wird daraus die
Asymptotik der Korrelationen im Limes kleiner Temperaturen explizit
berechnet: Bis auf Konstanten ist sie durch die Inverse der Hesse’schen
Matrix der Hamiltonfunktion am Minimum gegeben.
MP 1 Klassische Feldtheorie, Nichtkommutative Geometrie
Raum: F309
Fachvortrag
MP 1.1 Mo 15:00 F309
Is the Lorentz signature of spacetime induced by the Lenz rule
of electrodynamics? — •Friedrich W. Hehl1 und Yakov Itin2 —
1
Univ. zu Köln and Univ. of Missouri-Columbia, MO, USA — 2 Hebrew
Univ. of Jerusalem. Email: [email protected]
We consider a generally covariant pre-metric formulation of electrodynamics. We show that the plus sign of Ḃ in Faraday’s induction law (the
Lenz rule), as compared to the minus sign of Ḋ in the Oersted-Ampère
law, leads to a minus sign in the electric/magnetic reciprocity relation
H → ζF, F → −H/ζ. Here H = (H, D) and F = (E, B) are electromagnetic excitation and field strength, respectivly, and ζ is a pseudoscalar
function. The last minus sign in turn is shown to be necessary for the
positiveness of the energy-momentum of the electromagnetic field.
If the propagation of electromagnetic waves is studied in the geometrical optics limit, then this minus sign finally yields the Lorentz signature
of the metric of spacetime. Thus it is shown (for the first time?) that
there is relation between four signs in electrodynamics: the + sign in
Faraday’s law, the - sign in Oersted-Ampère’s law, the + sign of the electromagnetic energy, and the (+−−−) signature of the Lorentz metric. [1]
Y.Itin & FWH, in preparation (2002/3) [2] FWH & Yu.N.Obukhov, The
Foundations of Classical Electrodynamics. Birkhäuser, Boston (2003).
Fachvortrag
MP 1.2 Mo 15:30 F309
Time evolutions in Quantum mechanics and (Lorentzian) geometry — •Mario Paschke — Matematicky ustav, Bezrucovo namesti
13, 74601 Opava, Czech republik
As R.Feynman has shown to F. Dyson – who published it then in 1990
under the name of ”Feynman’s proof of Maxwell’s equations” – the only
interactions compatible with the canonical uncertainty relation (for scalar
particles on flat euclidean space) are the elctromagnetic interactions.
We generalize Feynman’s argument to arbitrary configuration spaces,
thereby clarifying its hidden assumptions as well as its geometrical significance. At the same time, we obtain an algebraic formulation of quantum
mechanics, which can be applied to many systems with noncommutative
configuration spaces as well.
As an immediate consequence our result also establishes a correspondence between solutions to our axioms and globally hyperbolic spacetimes.
MP 2 Quantenfeldtheorie und Strings
Fachvortrag
MP 2.1 Mo 16:30 F309
On a relation between Bogoliubov’s renormalization operator
and number theory — •Bertfried Fauser — Universität Konstanz,
Fachbereich Physik, Fach M678, 78457 Konstanz
Recently a great progress is ongoing in an algebraic understanding of
the renormalization process of quantum field theory. It was shown that
the combinatorics of the Zimmermann forest formula can be understood
in terms of cohomological algebra. Recursive and nonrecursive formulae
for the convolutive inverse –in the case of the identity morphism yielding the antipode– were given. However, renormalization needs a second
operation, the Bogoliubov renormalization operator, which causes the
appearance of counter terms. These counter terms originate from analytical properties of the involved integrals. In this lecture we will show
that there might be a deep link to number theory and the ring of number
theoretic functions via the Möbius inversion, zeta-function and divisibility, which might open a purely algebraic approach to renormalization.
Raum: F309
Fachvortrag
MP 2.2 Mo 17:00 F309
The Presentation of the Quantum Algebra of Observables of the
Closed Bosonic String in 1+3 Dimensions: the Exact Quantized
Generating Relations of Orders h̄6 and h̄7 — •Cornelius Paufler, G. Handrich, J. B. Tausk, and M. Walter — Physikalisches
Institut, Albert-Ludwigs-Universität, Hermann-Herder-Straße 3, 79104
Freiburg
We proceed with the investigation of a method of quantization of the
observable sector of closed bosonic strings. For the presentation of the
quantum algebra of observables the construction cycle concerning elements of order h̄6 has been carried out. We have computed the quantum
corrections to the only generating relation of order h̄6 . This relation
is of spin-parity J P = 0+ . We found that the quantum corrections to
this relation break the semidirect splitting of the classical algebra into
an abelian, infinitely generated subalgebra and a non-abelian, finitely
generated subalgebra. We have established that there are no (“truly
independent”) generating relations of order h̄7 .
MP 2.3 Mo 17:30 F309
Zeit- und raumartige Vertauschungsrelationen — •Jens Timo
Neumann — Universität Göttingen, Institut f. Theoretische Physik,
Bunsenstr. 9, 37073 Göttingen
Als großes Problem in der algebraischen QFT hat sich die Konstruktion
nichttrivialer Modelle in physikalischer Raumzeit erwiesen. Ausgehend
von fundamentalen Strukturen in lösbaren chiralen konformen Modellen stellte B. Schroer als möglichen Ansatz zur Lösung dieses Problems
Montag
die Hypothese auf, daß sich konforme Felder in physikalischer Raumzeit
durch geeignete Orthogonalprojektoren zerlegen lassen in Komponenten,
die Teil einer Algebra quadratischer Vertauschungsrelationen sind.
Wir geben (a) modellunabhängig Konsequenzen dieser Hypothese an,
die für die Konstruktion von Modellen in Analogie zu im chiralen Fall
erfolgreichen Methoden von Bedeutung sind. Für das konkrete Beispiel
konformer verallgemeinerter freier Felder verifizieren wir (b) die Hypothese durch explizite Angabe von Zerlegung und Austauschalgebra.
MP 3 Funktionalintegral-Methode, Endliche Quantensysteme
Raum: F309
Fachvortrag
MP 3.1 Di 15:00 F309
Höhere Korrekturen zur Instanton–Entwicklung — •Ulrich D.
Jentschura1 und Jean Zinn-Justin2 — 1 Theoretische Quantendynamik, Universität Freiburg — 2 CEA Saclay, F–91191 Gif–Sur–Yvette
Die sogenannten euklidischen Bewegungsgleichungen im umgedrehten
Doppelmuldenpotential lassen charakteristische Lösungen zu, die ein zwischen den Potential–Minima hin und her oszillierendes Teilchen beschreiben. Im Pfadintegral–Formalismus manifestieren sich diese Lösungen als
Instantonen mit endlicher Wirkung. Analysiert man die spektrale Partitionsfunktion Z(β), so ergeben sich aufgrund der Instanton–Lösungen
im Doppelmulden–Potential nichtstörungstheoretische Effekte, die insbesondere unphysikalische Entartungen, die sich bei reiner Anwendung der
Störungstheorie einstellen, aufheben. Im Vortrag wird besonders auf den
Zwei–Instanton Beitrag und die Bestätigung der Instanton–Entwicklung
durch hochgenaue numerische Rechnungen eingegangen.
Fachvortrag
MP 3.2 Di 15:30 F309
The Method of Gaussian Equivalent Representation: A New
Technique for Reducing the Sign Problem of Functional Integral Methods — •Stephan Alexander Baeurle — Institut für
Physikalische und Theoretische Chemie, Universität Regensburg, Universitätstr.-31, D-93053 Regensburg, Germany
In this presentation we report on the specific features of the sign problem in the classical auxiliary field methodology and the strategies employed for its alleviation. In particular we focus on a new technique
based on the method of Gaussian equivalent representation of Efimov
et al. with which we could ameliorate the convergence properties significantly ( S.A. Baeurle, Phys. Rev. Lett. 89, 080602 (2002) ). We believe
that this technique can also provide an interesting possibility to reduce
the sign problem of other methods of computer simulation based on a
functional integral approach.
MP 4 Quanteninformation, Quantenchaos
Fachvortrag
MP 4.1 Di 16:30 F309
Aharanov-Bohm-Effekt und Ray-splitting beim Kreisbillard:
Semiklassische Quantisierung mittels harmonischer Inversion —
•Stefan Harrer und Jörg Main — Institut für Theoretische Physik
1, Universität Stuttgart, D-70550 Stuttgart
Es werden Erweiterungen des vollständig integrablen Kreisbillards semiklassisch untersucht. Das Kreisbillard mit zentraler magnetischer
Flusslinie, bekannt als Aharanov-Bohm-Billard, wird mittels des hochauflösenden Verfahrens der harmonischen Inversion behandelt. In die
Berechnung der Energieeigenwerte gehen nur Größen der klassischen periodischen Bahnen ein. Die Bahnen ändern sich im Gegensatz zu den
Spektren durch die Flusslinie nicht. Die semiklassischen Ergebnisse werden mit den exakten quantenmechanischen Werten verglichen. Als weitere Verallgemeinerung des Kreisbillards wird das Ray-splitting Phänomen
untersucht. Dafür wird in einer Kreishälfte ein konstantes Potenzial V0
eingeführt, die andere Kreishälfte hat weiterhin verschwindendes Potenzial. Die periodischen Bahnen werden über ein Extremalprinzip numerisch
bestimmt. Durch das Potenzial werden die Bahnen selbst auch verändert,
es treten bei den Reflexionen an der Grenzfläche zusätzliche, sogenannte
nicht-newtonsche, Bahnen auf.
Fachvortrag
MP 4.2 Di 17:00 F309
Distinguishing Separable and Entangled States — •Oliver
Rudolph — Dipartimento di Fisica “A.Volta,” Università di Pavia, via
Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
Entanglement of composite quantum systems is a key resource in many
applications of quantum information technology. Accordingly the characterization and classification of entanglement is an important area of research in quantum information. In particular criteria to decide whether
or not a given quantum state is entangled are of high theoretical and
Raum: F309
practical interest (so-called separability criteria).
We discuss recent progress within a novel mathematical approach to
this problem that aims to characterize entanglement using tensor norms
[1-3]. We discuss the wider mathematical context of the approach and
its relation to known results. Notably within this approach a new powerful analytical computable separability criterion has been derived [1] that
detects even bound entanglement and, quite surprisingly, also genuine
multipartite entanglement [4]. So far this criterion is the only analytical
computable criterion that is known to systematically detect these subtle
forms of entanglement.
[1] O. Rudolph, quant-ph/0202121.
[2] O. Rudolph, J. Phys. A: Math. Gen. 33 3951 (2000).
[3] O. Rudolph, quant-ph/0212047.
[4] M. Horodecki, P. Horodecki and R. Horodecki, quant-ph/0206008.
Fachvortrag
MP 4.3 Di 17:30 F309
Entanglement generation and Hamiltonian simulation in
Continuous-Variable Systems — •Barbara Kraus1 , Klemens Hammerer1 , Géza Giedke2 , and J. Ignacio Cirac1 —
1
Max-Planck–Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse,
D-85748 Garching, Germany — 2 4. Physikalisches Institut, Universitaet
Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, D-70550 Stuttgart, Germany
Several recent experiments have demonstrated the promise of atomic
ensembles for quantum teleportation and quantum memory. In these
cases the collective internal state of the atoms is well described by continuous variables X1 , P1 and the interaction with the optical field (X2 , P2 )
by a quadratic Hamiltonian X1 X2 . We show how this interaction can be
used optimally to create entanglement and squeezing. We derive conditions for the efficient simulation of quadratic Hamiltonians and the
engineering of all Gaussian operations and states.
Dienstag
MP 5 Postersitzung
Raum: Lichthof
MP 5.1 Di 16:00 Lichthof
Theorie der Naturquantengravitation — •Bogdan Ivassivka —
Hauptstrasse 66, 97616 Bad Neustadt
Theorie der Naturquantengravitation. - BOGDAN IVASSIVKA Hauptstrasse 66, 97616 Bad Neustadt (Saale) Natürliche Quanten der
Masse, des Raumes und der Zeit. Aufbau der Gravitationsmasse und
ihre besonderen Eigenschaften. Spezifisches Gewicht der Gravitationsmasse. Unterschiede des Aufbaus der Gravitationsmasse der Erde
und der Sonne. Endlichkeit des gravitativen Feldpotentials der Masse.
Vgl.: Elektrogravitative Natur der Atom- und Kernkräfte, ISBN 3-00000279-9 sowie Wiedergeburt und Weiterentwicklung klassischer Physik, ISBN 3-9806404-1-8, Naturprinzipien des Aufbaus der Atomkerne, Frühjahrstagung Hadronen und Kerne, 20. Maerz 2001 Universität
Erlangen-Nürnberg
Theoretische und mathematische Grundlagen der Naturprinzipien des Aufbaus der Atomkerne — •Bogdan Ivassivka —
Hauptstrasse 66, 97616 Bad Neustatdt
Die Naturgesetze der Radioaktivität. Die Naturkräfte, die den Kern
zusammenhalten. Die Vektordiagramme der Kernkräfte des Deuteriums
des Helium 3 und des Alphateilchens. Mathematische Formel für die
zusammenpressenden Kräfte, die zwei, drei oder vier Protonen des stabilen Blocks zusammenhalten. Vgl.: ”Elektrogravitative Natur der Atomund Kernkräfte”, ISBN 3-00-000297-9, ”Wiedergeburt und Weiterentwicklung klassischer Physik”, ISBN 3-980640-1-8 sowie ” Naturprinzipien
des Aufbaus der Atomkerne”, Programm und Abstracts der Sitzung HK
10, Frühjahrstagung des Fachverbandes Hadronen und Kerne der DPG,
19.-23. März 2001, Uni Erlangen
Ableiten der Formel für den ”Künstlichen Schwerpunktversatz”
mit der Sinus-Funktion — •Dr. Peter Kuemmel — Amselweg 15
c, 21256 Handeloh
Werden zwei rotationszentrische Massen mit einheitlichem Halbmesser so dicht wie möglich gegenläufig rotiert, sind diese Massen in ein
Koordinatensystem einzubeziehen. Die X-Achse durchläuft beide Achsmittelpunkte der Massen und wird am ”Beinahe-Berührpunkt” beider
Massen von der Y-Achse geschnitten. Die Messung des ”Künstlichen
Schwerpunkversatzes” SSVR” erfolgt entlang der Y-Achse.
MP 6 Postdeadlinebeiträge
Fachvortrag
MP 6.1 Di 16:30 A410
Zur geometrischen Bedeutung der bosonischen Massenmatrizen
— •Jürgen Tolksdorf — Fakultät für Mathematik und Informatik,
Universität Mannheim, Seminargebäude A5,C208, 68131 Mannheim
Ls̈ßt sich die fermionische Massenmatrix geometrisch als innere
Krümmung des freien Fermionbündels interpretieren, so lassen sich die
Massenmatrizen der Eich-, bzw. Higgs-Bosonen geometrisch in Beziehung setzen zu den äußeren Krümmungen bestimmter Untermannigfaltigkeiten des Orbit-, bzw. des unterliegenden Prinzipalbündels der
spontan gebrochenen Yang-Mills-Higgs-Eichtheorie. Diese Untermannigfaltigkeiten sind durch das Vakuum bestimmt, wobei letzteres geometrisch durch einen Schnitt in das zu einem Higgs-Potential gehörigen
Orbitbündels beschrieben wird. Wie sich zeigt, existieren zu gegebenem Orbit eines Minimums eines Higgs-Potentials im Allgemeinen eichinäquivalente Vakua, selbst dann, wenn das zugrundeliegende Prinzipalbündel als trivial angenommen wird. Wir geben ein hinreichendes
Raum: A410
Kriterium bezüglich der Topologie der Raumzeit an, so daß zu gegebenem
Orbit alle möglichen Vakua eichäquivalent sind.
Fachvortrag
MP 6.2 Di 17:00 A410
ON THE PROBLEM OF ”SPONTANEOUS PAIR CREATION” IN STRONG ELECTRIC FIELDS — •Nikodem
Szpak — Institut fuer Theoretische Physik, J.W.G. Universitaet,
Frankfurt/Main
I review the present state of the theory concerning the spontaneous
pair creation in strong electric fields. Overcriticality of an external field
and a spontaneous pair creation are defined within the framework of an
external field approximation of QED. Open theoretical problems are reported. Application of the theoretical model to a collision of two heavy
nuclei (U 92 ) is discussed. The aim of the work is to provide a conclusive model, which applied to (future) experimental results will proof (or
disproof) the existence of overcriticality.
Quantenoptik
Tagesübersichten
QUANTENOPTIK (Q)
Prof. Dr. G. Rempe
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Straße 1
85748 Garching
(Feste Hörsäle F102, F303, F107, F142, E001; Wechselhörsäle: B302, F442; Postersitzung: Lichthof Empore)
Hauptvorträge
QI
Di
Q II
Di
Q III
Di
Q IV
Fr
QV
Fr
11:00 (E001) Kalte Antiwasserstoff-Atome, Jochen Walz, Heiko Pittner, Theodor W. Hänsch,
ATRAP - Kollaboration
11:30 (E001) Bose-Einstein-Kondensation von Cäsium, Hanns-Christoph Nägerl, Tino Weber, Jens Herbig, Michael Mark, Rudi Grimm
12:00 (E001) Quanten-Informationsverarbeitung
mit
linearen
Ionenkristallen
und die Realisierung eines universellen zwei-Quantenbit Gatters,
Ferdinand Schmidt-Kaler, Hartmut Häffner, Mark Riebe, Stephan Gulde, Gavin
Lancaster, Thomas Deuschle, Christoph Becher, Christian Roos, Jürgen Eschner,
Rainer Blatt
11:00 (E001) Quanteninformationsverarbeitung mit Solitonen, Natalia Korolkova, Gerd
Leuchs
11:45 (E001) Photonic Crystals: Islands of Tranquility in a Noisy Vacuum?
,
Willem Vos, Femius Koenderink
Fachsitzungen
Q
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Quanteninformation 1: Gruppenberichte
Fallen und Kühlung 1
Laserspektroskopie 1
Nichtlineare Optik 1
Halbleiter- und Festkörperlaser
Pulserzeugung NIR/Vis/UV
Quanteninformation 2
Quantengase 1
Quanteneffekte 1
Symposium Nichtlineare Optik
Festkörperlaser 1
Nichtlineare Femtosekunden-Effekte (gemeinsam mit
MO)
Quantencomputer
Quantengase 2
Pulserzeugung XUV/EUV/x-ray
Nichtlineare Optik 2
Festkörperlaser 2
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
11:00–12:30
11:00–12:30
11:00–12:30
11:00–12:30
11:00–12:30
11:00–13:00
14:00–15:30
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–14:45
15:00–16:00
F102
F303
F107
F142
E001
B302
F102
F303
F107
F142
E001
E001
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1.1–1.3
2.1–2.6
3.1–3.6
4.1–4.6
5.1–5.6
6.1–6.8
7.1–7.6
8.1–8.8
9.1–9.8
10.1–10.1
11.1–11.3
12.1–12.4
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Di
Di
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
14:00–16:00
14:00–16:00
F102
F303
F107
F142
E001
F102
F303
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
13.1–13.8
14.1–14.8
15.1–15.8
16.1–16.8
17.1–17.8
18.1–18.8
19.1–19.8
Quantenoptik
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
20
21
22
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24
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34
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36
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
37
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40
41
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47
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49
50
51
52
53
Q 54
Q 55
Tagesübersichten
Teilchenoptik
Wellenleitung
Festkörperlaser 3
Superkontinuum in nichtlinearen Fasern
Poster: Nichtlineare Optik
Poster: Halbleiterlaser
Poster: Festkörperlaser
Poster: Quantengase
Poster: Quanteninformation
Poster: Quantenkommunikation und -computer
Poster: Quanteneffekte
Laserspektroskopie 2
Symposium Photonische Kristalle 1
Quanteneffekte 2
Optische Messtechnik und Präzisionsmessungen
Quantengase 3: Gruppenberichte
Femtosekunden: Analyse und Spektroskopie (gemeinsam mit MO)
Symposium Photonische Kristalle 2
Laser in der Medizin
Präzisionsmessungen
Quantengase 4
Poster: Präzisionsmessungen
Poster: Laser in der Umweltmesstechnik
Poster: Ultrakurzer Lichtimpulse
Poster: Laserspektroskopie
Poster: Laser in der Medizin
Poster: Teilchenoptik
Poster: Fallen und Kühlung
Poster: Photonik
Quantenkommunikation
Quantengase 5
Quanteneffekte 3
Photonik in komplexen Strukturen (Achtung Sitzung
auf Donnerstag verschoben!)
Optische Messtechnik
Di
Di
Di
Di
Di
Di
Di
Di
Di
Di
Di
Do
Do
Do
Do
Do
Do
14:00–16:15
14:00–15:30
14:00–16:15
14:00–16:00
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
11:00–12:45
11:00–12:30
11:00–12:30
11:00–12:30
11:00–12:30
11:00–13:00
F107
F142
E001
F442
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
F102
F303
F107
F142
E001
B302
Q 20.1–20.8
Q 21.1–21.6
Q 22.1–22.9
Q 23.1–23.8
Q 24.1–24.11
Q 25.1–25.2
Q 26.1–26.4
Q 27.1–27.15
Q 28.1–28.18
Q 29.1–29.5
Q 30.1–30.16
Q 31.1–31.6
Q 32.1–32.1
Q 33.1–33.6
Q 34.1–34.6
Q 35.1–35.3
Q 36.1–36.8
Do
Fr
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Fr
Fr
Fr
Do
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–16:15
14:00–16:00
14:00–16:00
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
14:00–16:00
14:00–15:30
14:00–16:00
14:00–16:00
F102
F142
F107
F142
E001
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
Lichthof
F102
F303
F107
F303
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
E001
F442
Q 54.1–54.8
Q 55.1–55.6
Fr 14:00–16:00
Fr 14:00–15:30
37.1–37.8
38.1–38.1
39.1–39.8
40.1–40.7
41.1–41.8
42.1–42.3
43.1–43.4
44.1–44.6
45.1–45.9
46.1–46.1
47.1–47.5
48.1–48.15
49.1–49.27
50.1–50.8
51.1–51.6
52.1–52.8
53.1–53.8
Der Fachverband Quantenoptik initiiert folgende Symposien:
Symposium Nichtlineare und transversale Optik“ (SYNO) Organisation C. Denz (Münster)
”
Montag, 14:00–16:00 Uhr, Hörsaal F142
Beiträge siehe Programm SYNO
SYNO I
Mo
SYNO II
Mo
SYNO III
Mo
14:00 (F142) Self-organized superlattices – an example for strongly nonlinear structures in a pattern-forming optical system, Th. Ackemann, M. Große-Westhoff,
M. Pesch, W. Lange
14:30 (F142) Controlling chaos and spatial disorder in lasers and nonlinear optical
systems, G.-L. Oppo
15:00 (F142) X waves: a spatio-temporal localization connecting non-linear and linear
optics, P. DiTrapani, G. Valiulis, A. Piskarskas, O. Jedrkiewicz, J. Trull, S. Trillo,
C. Conti, A. Matijosus, M.A. Porras
Quantenoptik
SYNO IV
Mo
Tagesübersichten
15:30 (F142) Spatial optical solitons and soliton clusters, A. Desyatnikov, Yu. Kivshar, C.
Denz
Symposium Photonische Kristalle“ (SYPK) Organisation H. Föll (Kiel), F. Lederer (Jena) und R. Wehrsporn (Halle)
”
Donnerstag, 11:00–16:00 Uhr, Hörsaal F303
Beiträge siehe Programm SYPK
SYPK I
SYPK II
Do
Do
SYPK III
Do
SYPK IV
Do
SYPK V
Do
11:00 (F 303) New Age Fiber Crystals, Philip Russel
12:00 (F 303) Photonic Crystals from Polymer Colloids, R. Zentel, M. Egen, B. Griesebock,
R. Voss, M. Müller, P. Ferrand, S. G. Romanov, C. M. Sotomayor Torres
14:00 (F 303) Design and Characterization of Optical Nanocavities, Axel Scherer, T. Yoshie, M. Loncar, K. Okamoto
15:00 (F 303) Utilizing
Liquid
Crystals
for
Tunable
Photonic
Crystals,
Heinz-Siegfried Kitzerow, Guido Mertens, Thorsten Roeder, Stefan Schweizer,
Ralf Wehrspohn, Heinrich Marsmann
15:30 (F 303) Large Semiconductor Optics in Photonic Crystals, T. Meier, R. Eichmann,
B. Pasenow, T. Stroucken, P. Thomas, S. W. Koch
Mitgliederversammlung des Fachverbands Quantenoptik
Di
12:30–13:30
F107
Vorläufige Tagesordnung:
1. Bericht des FV-Vorsitzenden
2. Bericht der Arbeitsgruppe Photonik
3. Verschiedenes
Gez. G. Rempe
Quantenoptik
Hauptvorträge
Hauptvorträge
Hauptvortrag
Q I Di 11:00 E001
Kalte Antiwasserstoff-Atome — •Jochen Walz1 , Heiko Pittner1 und Theodor W. Hänsch1,2 für die ATRAP-Kollaboration
— 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Straße 1,
85748 Garching — 2 Ludwig-Maximilians-Universität München, Schellingstraße 4/III, 80799 München
Kalte Antiwasserstoff-Atome sind deshalb so interessant weil der Vergleich von Spektrallinien mit denjenigen des gewöhnlichen WasserstoffAtoms neuartige und überaus präzise experimentelle Prüfungen der
gundlegenden CPT-Symmetrie ermöglichen wird. Für diesen Vergleich
ist der Doppler-freie 1 S–2 S Zwei-Photonen-Übergang von besonderer
Bedeutung, da die Übergangsfrequenz bereits auf 2 Teile in 1014 genau bekannt ist. Vielleicht ermöglichen kalte Antiwasserstoff-Atome
darüberhinaus sogar die erste direkte Messung der Fallbeschleunigung
von Antimaterie.
Am Antiproton Decelerator (AD) des CERN ist es kürzlich zwei Kollaborationen gelungen, die ersten kalten Antiwasserstoff-Atome zu erzeugen und nachzuweisen. Dazu wurden bei den Experimenten der
ATRAP-Kollaboration zunächst die Bestandteile von Antiwasserstoff,
Antiprotonen und Positronen, als kalte Plasmen in einer PenningFalle präpariert und durchmischt. In Dreikörper-Stoßprozessen konnten Antiwasserstoff-Atome in Rydberg-Zuständen erzeugt werden, die
anschließend für den Untergrund-freien Nachweis durch ein elektrisches
Feld wieder ionisiert wurden. Einen ersten Hinweis auf die Zustandsverteilung der Antiwasserstoff-Atome lieferte ein Experiment, bei dem die
Vor-Ionisation in einem analysierenden Feld ausgenutzt wurde.
Hauptvortrag
Q II Di 11:30 E001
Bose-Einstein-Kondensation von Cäsium — •Hanns-Christoph
Nägerl, Tino Weber, Jens Herbig, Michael Mark und Rudi Grimm — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck,
A-6020 Innsbruck, Österreich
Wir berichten über die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensates
von Cäsium im absoluten Grundzustand (F=3, mF=3) [1]. In einer
optischen Dipolfalle, kombiniert mit einem Magnetfeldgradienten zur
Schwerkraftkompensation (Levitation), wird durch evaporative Kühlung
ein Kondensat mit ca. 20.000 Atomen gebildet.
Die Wechselwirkung zwischen ultrakalten Cs-Atomen im (3,3)Zustand, repräsentiert durch die s-Wellen-Streulänge, zeigt eine starke
Abhängigkeit vom Magnetfeld. Durch eine Kombination mehrerer
Feshbach-Resonanzen bei niedrigen Feldstärken kann die Streulänge in
einem weiten Bereich von grossen negativen zu grossen positiven Werten
abgestimmt werden.
In ersten Experimenten haben wir den Einfluss der Streulänge auf die
Wechselwirkungs-energie des Kondensates untersucht. Wir können implodierende, explodierende und eingefrorene Kondensate erzeugen. Weitere Experimente zur Molekülbildung an Feshbach-Resonanzen und zur
Kondensatdynamik bei extremen Streulängen sind somit möglich.
10.1126/science.1079699
Hauptvortrag
Q III Di 12:00 E001
Quanten-Informationsverarbeitung mit linearen Ionenkristallen
und die Realisierung eines universellen zwei-Quantenbit Gatters — •Ferdinand Schmidt-Kaler, Hartmut Häffner, Mark
Riebe, Stephan Gulde, Gavin Lancaster, Thomas Deuschle,
Christoph Becher, Christian Roos, Jürgen Eschner und Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck,
Österreich
Gespeicherte Ionenketten in Paul-Fallen bieten ideale Voraussetzungen
für die Quanten-Informationsverarbeitung, da der Zustand dieser iso-
lierten Quantensyteme mit Laserlicht manipuliert und ausgelesen werden kann. Für einen Quantenprozessor auf der Basis von Ionenketten
schlugen I. Cirac und P. Zoller ein universelles quanten-logisches Gatter
(kontrolliertes-NOT) zwischen zwei Quantenbits vor [1]. Wir speichern
einen Kristall aus zwei 40 Ca+ -Ionen und nutzen als Quantenbits die Superpositionen langlebiger elektronischer Zustände jedes Ions [2]. Eine
Sequenz von Laserpulsen, welche die Ionen einzeln adressieren, invertiert
den Zustand des einen Ions in Abhängigkeit vom Zustand des anderen.
Die erfolgreiche Realisierung des Quantengatters wird es ermöglichen
komplexere Algorithmen zu verwirklichen sowie Bell- und GreenbergerHorne-Zeilinger-Zustände zu erzeugen.
[1] J. I. Cirac und P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 74, 4091-4094 (1995).
[2] S. Gulde et al., Nature 412, 48-50 (2003).
Hauptvortrag
Q IV Fr 11:00 E001
Quanteninformationsverarbeitung mit Solitonen — •Natalia
Korolkova und Gerd Leuchs — Zentrum für Moderne Optik, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7, 91058 Erlangen
Solitonen sind ein spezifisches Wellenphänomen, das in Systemen mit
nichtlinearen, dynamischen Eigenschaften auftritt. Optische Solitonen
in Glasfasern sind Lichtpulse, die bei der Ausbreitung und Kollision durch das Zusammenspiel von chromatischer Dispersion und KerrNichtlinearität der Faser stabil bleiben. Die Verwendung intensiver,
kurzer und stabiler Pulse erlaubt die volle Ausnutzung der Nichtlinearität für die Herstellung quantenrauschreduzierter Zustände, die zur Verschränkungserzeugung durch eine lineare Interferenz dienen [1]. Solitonen eignen sich damit besonders für die Quanteninformation mit kontinuierlichen Variablen. Viele Protokolle und Operationen lassen sich
dabei durch einfache interferometrische Schemata realisieren, außerdem
stehen effiziente und deterministische Quantenquellen sowie einfache effiziente Detektionsschemata zur Verfügung. Eine neuartige Resource für
die Quantenkommunikation wird außerdem durch die komplexe interne Quantenstruktur der Solitonen geliefert. Diese entwickelt sich bei
der Ausbreitung der Pulse in einem nichtlinearen Medium und führt zu
Quantenkorrelationen innerhalb eines Pulses und zwischen den Pulsen.
Im Vortrag werden die Konzepte der experimentellen Quantenkommunikation mit intensiven Solitonenpulsen und die neueren Entwicklungen auf
dem Gebiet vorgestellt, darunter die Erzeugung und Charakterisierung
von Verschränkung, die Quantenkryptographie und die Quantennetzwerke.
[1] Ch. Silberhorn et al, Phys. Rev. Lett. 86, 4267 (2001).
Hauptvortrag
Q V Fr 11:45 E001
Photonic Crystals: Islands of Tranquility in a Noisy Vacuum?
— •Willem Vos and Femius Koenderink — Complex Photonic Systems (COPS), Department of Applied Physics & MESA+ Research Institute, Universiteit Twente, PO Box 217, 7500 AE Enschede, The Netherlands
Photonic crystals are optical materials that have an intricate 3D structure with length scales on the order of the wavelength of light. The flow
of photons is controlled in a manner analogous to how electrons propagate through semiconductors. If the interaction between light and matter
is strong, multiple scattering effects dominate. A main goal is the realization of a “photonic band gap”: a frequency range for which no light
can propagate in any direction, resulting in radical modifications of the
density of radiative states, in other words, of the vacuum fluctuations.
Important consequences of photonic band gaps are the complete control over emission of light and over the propagation of light. This opens
up the possibility to achieve a “cage for light”: trap photons and do
with them whatever one chooses. In addition to introductory material,
we will review experiments on spontaneous emission, the onset of band
gaps, dispersion, and others.
Quantenoptik
Montag
Fachsitzungen
Q 1 Quanteninformation 1: Gruppenberichte
Raum: F102
Gruppenbericht
Q 1.1 Mo 11:00 F102
Quantum information technology by means of nonclassical light
and atoms — •A. I. Lvovsky, Jonas Ries, S. A. Babichev, and
Björn Brezger — Fakultät für Physik, Universität Konstanz, 78464
We report on our recent experiments in which we elaborate the basic
building blocks for future linear optical quantum information processors.
Based on the tools of synthesis and reconstruction of the single-photon
optical state developed earlier, we implement more complex instruments
of quantum information technology. In particular, we demonstrate generating quantum bits of an arbitrary value and qubit teleportation by
means of a single photon. In a separate project, we develop an interface
that would allow coherent transfer of quantum information carried by
light into atoms and vice versa. This interface would allow, in particular,
to store quantum information in atomic gases, thus providing a memory
component required for any computation device.
Gruppenbericht
Q 1.2 Mo 11:30 F102
Elements of Quantum Networks — •A. Kuhn, M. Hennrich, M.
Hijlkema, P. Krok, T. Legero, S. Nussmann, F. Rohde, B. Weber, T. Wilk, and G. Rempe — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Germany
A quantum network that allows all-optical quantum information processing will be based on indistinguishable photons that carry information
between different quantum gates or memories [1]. Gate operations require
network nodes in form of linear optical elements, while storage and retrieval of qubits could be accomplished either by isolated single atoms
acting as quantum memories, or by dark-state polaritons in atomic ensembles. Our work is focussed on the demonstration of these elementary
quantum network links and nodes. We use narrowband and transformlimited single-photon pulses, which are provided by a cavity-QED system that employs a controlled energy exchange between an atom and the
quantized field of the cavity [2]. The analysis of the photon statistics
shows that photons are emitted one-by-one, so that they can be used
for an experimental feasibility study of all-optical quantum information
processing based on second-order interference of indistinguishable photons. We present first results that demonstrate the expected occurence
of two-photon quantum correlations. Furthermore, we present work on a
quantum register, which is designed for quantum information processing
with atoms held at rest inside a high-finesse optical cavity by means of
a dipole-force trap.
[1] Cirac et al. PRL 78, 3221 (1997); Knill et al. Nature 409, 46 (2001)
[2] Hennrich et al. PRL 85, 4872 (2000); Kuhn et al. PRL 89, 67901 (2002)
Gruppenbericht
Q 1.3 Mo 12:00 F102
Quantenteleportation kontinuierlicher Variablen des optischen
Feldes und ihre experimentelle Charakterisierung — •Roman
Schnabel1 , Warwick P. Bowen2 , Nicolas Treps2 , Ben C. Buchler2 , Timothy C. Ralph2 , Thomas Symul2 , Hans-Albert Bachor2 und Ping Koy Lam2 — 1 Albert-Einstein-Institut, Universität
Hannover, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 2 Department of Physics,
Australian National University, ACT 0200, Australia
Quantenteleportation konnte bisher an diskreten Photonenzuständen
[1], an Molekül-Ensemble-Eigenschaften [2] und an Quadraturamplituden des optischen Feldes [3] demonstriert werden. Das zuletzt genannte
Schema zeichnet sich besonders aus, da alle erforderlichen Messprozesse
simultan und mit hoher Effizienz durchgeführt werden können.
Vorgestellt wird ein Experiment, das 2002 an der Australian National University durchgeführt wurde. In Analogie zu dem inzwischen
berühmten Furusawa-Experiment [3] wurden verschränkte Zustände benutzt, um die Quadraturamplituden des optischen Feldes zu übertragen.
Der Informationserhalt dieser Übertragung war höher als der, der mit
klassischen Methoden prinzipiell erreichbar ist. Der Informationserhalt
und damit die Qualität der Quantenteleportation wurde bisher einzig
durch die Fidelity F gegeben. Wir zeigen an experimentellen Beispielen,
dass mit Hilfe zweier anderer Kennzahlen, dem Signal-Übertrag T und
der Rauschkorrelation V eine detailliertere Analyse der Quantenteleportation möglich ist. [1] D. Bouwmeester et al., Nature 390, 575 (1997), D.
Boschi et al., Phys. Rev. Lett. 80, 1121 (1998), [2] M. A. Nielsen et al.,
Nature 396, 52 (1998), [3] A. Furusawa et al., Science 282, 706 (1998).
Q 2 Fallen und Kühlung 1
Q 2.1 Mo 11:00 F303
Wechselwirkung ultrakalter metastabiler Neonatome — •Peter
Spoden, Alexander Bunkowski, Tobias Kraemer, Martin Zinner, Wolfgang Ertmer und Gerhard Birkl — Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Das Verständnis der Wechselwirkung ultrakalter Atome wird durch
das experimentelle Studium nicht-alkalischer Systeme erheblich erweitert. Metastabile Edelgase spielen dabei eine entscheidende Rolle, da
ihre Wechselwirkung aufgrund der speziellen inneren Struktur und der
hohen inneren Energie deutlich von derjenigen bisher untersuchter Systeme abweicht.
Ziel unserer Arbeiten ist es, ein umfassendes Verständnis der elastischen und inelastischen Wechselwirkungen in einem ultrakalten Gas metastabilen Neons zu erlangen. Falls physikalisch möglich, soll die BoseEinstein-Kondensation metastabilen Neons erzielt werden. Mit unserem
Experiment sind wir in der Lage 5×108 Atome in einer magnetooptischen
Falle und 2, 5 × 108 Atome in einer magnetostatischen Ioffe-PritchardFalle zu fangen. Wir präsentieren Untersuchungen zur 3 P2 Lebensdauer
[1] und zur Rate der Penning-Ionisation und berichten vom aktuellen
Stand des Experimentes.
[1] M. Zinner, P. Spoden, T. Kraemer, G. Birkl und W. Ertmer, Phys.
Raum: F303
Rev. A, in Druck und physics/0208088.
Q 2.2 Mo 11:15 F303
Kollisionseigenschaften eines ultrakalten dipolaren Chromgases
— •S. Hensler, P.O. Schmidt, J. Werner, A. Griesmaier, A.
Görlitz und T. Pfau — Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart
In den bisher realisierten Bose-Einstein-Kondensaten (BEC) kann die
Wechselwirkung fast ausschließlich durch das isotrope Kontaktpotential der Atome beschrieben werden. Besitzen die Kondensatteilchen jedoch ein großes Dipolmoment, kann die anisotrope und langreichweitige Dipol-Dipol Wechselwirkung nicht mehr vernachlässigt werden. Wir
arbeiten an der Realisierung eines solchen dipolaren BECs mit Chromatomen, die ein magnetisches Moment von 6µB besitzten. Mittels Verdampfungskühlung erreichen wir derzeit in einem Gas aus 52 Cr Phasenraumdichten von 10−2 . Die temperaturabhängigen elastischen Streuquerschnitte von 52 Cr und 50 Cr konnten wir in Thermalisierungsmessungen
ermitteln und die Beträge der Streulängen zu 150 bzw. 50a0 bestimmen.
Ungewöhnlich hohe magnetfeldabhängige inelastische Verluste durch dipolare Relaxation heizen die Atomwolke auf und verhindern dadurch eine
weitere Erhöhung der Phasenraumdichte. Vergleichbar große inelastische
Quantenoptik
Montag
Verlustraten der beiden Isotope 50 Cr und 52 Cr deuten darauf hin, dass die
dipolare Relaxation ein von den Molekülpotentialen unabhäniger Verlust
aufgrund der Dipol-Dipol Wechselwirkung ist. Diese Schlussfolgerung
wird auch durch theoretische Rechnungen unterstützt. Derartige Verluste sollen mittels einer optischen Falle, in der die Atome im energetisch
tiefsten Zustand gefangen werden können, umgangen werden.
Q 2.3 Mo 11:30 F303
Photoassociation of Ultracold Molecules in an Optical
Dipole Trap — •Stephan Kraft, Marcel Mudrich, Jörg
Lange, Matthias Staudt, Roland Wester, and Matthias
Weidemüller — Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
We are investigating the formation of ultracold Cs2 molecules through
photoassociation in a far detuned optical dipole trap. The trap is formed
by the focus of a 100W CO2 -laser. Up to 5 · 106 cesium atoms are stored
at a temperature of 30µK and a density of 3 · 1012 cm−3 . The production
of molecules in the lowest vibrational states of the outer well of the 0−
g
potential (corresponding to the 6s1/2 6p3/2 asymptote) is investigated and
5
saturation effects are studied. We can store up to 5 · 10 lithium atoms
simultaniously with the cesium. Sympathetic cooling of the lithium leads
to high pair densities which provide favorable conditions for photoassociation of heteronuclear LiCs dimers.
Q 2.4 Mo 11:45 F303
Photoassoziation von ultrakalten Heliumatomen — •Tobias
Müller1 , Jeremie Leonard2 , Allard Mosk3 , Walhout Mattthew2 , C.S. Unnichrishnan2 , Michele Leduc2 und Claude
Cohen-Tannoudji2 — 1 Institut fuer Quantenoptik, Uni Hannover,
Welfengarten1, 30167 Hannover — 2 Laboratoire Kastler Brossel, Ecole
Normale Superieure, 24 rue Lhomond, 75231Paris, France — 3 FOM,
PO box 1207, 3430 BE Nieuwegein, Niederlande
Wir berichten über die neuesten Resultate zur Photoassoziation ultrakalter metastabiler He Atome. Es konnte ein nahezu komplettes Spektrum bereits bekannter sowie unbekannter, schwach gebundener Zustände
nachgewiesen werden. Die Existenz schwach gebundener Zustände wird
anhand des Verlustes von Atomen aus einem ultrakalten Ensemble detektiert. Hierzu wird die Atomwolke durch Laserkühlung (MOT und optische Melasse) und anschliessende Verdampfungskühlung in einer Magnetfalle nahe an den BEC-Übergang gebracht und anschliessend mit
einem durchstimmbarem Diodenlaser nahe der atomaren Resonanz um
1083 nm beleuchtet. Durch eine nachfolgende Messung der optischen
Dichte in der Falle wird der durch den optischen Puls verursachte Verlust bestimmt. Momentan werden weitere Messungen unternommen, um
neue Molekülzustände zu bestimmen. In Zukunft wird angestrebt mittels
eines 2 Photonen-Ramanübergangs die Bindungsenergie des höchsten gebundenen S-S Vibrationszustands zu messen und so die Grundzustandsstreulänge zu bestimmen.
Q 2.5 Mo 12:00 F303
Stöße in kalten Helium Rydberggasen — •Stefan Gerlach1 , Robert Jung2,1 , Gebhard von Oppen2 und Ulrich Eichmann1,2 —
1
Max Born Institut, Max-Born-Str. 2A, 12489 Berlin — 2 TU Berlin,
Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik
Die Untersuchung von kalten Rydberggasen und kalten Plasmen, die
durch Photoanregung bzw. –ionisation von lasergekühlten gespeicherten
Atomen erzeugt werden, erschließt einen neuen Bereich in der Atomphysik. Von Interesse hierbei sind Stöße und Rekombinationsprozesse bei
tiefen Temperaturen innerhalb des angeregten Ensembles. Desweiteren
wird die spontane Umwandlung eines kalten Rydberggases in ein Plasma
beobachtet[1], der ein bislang noch nicht verstandener Prozeß zugrunde liegt. Im Gegensatz zu den bisherigen Untersuchungen mit schweren
Atomen führen wir unsere Experimente mit Helium durch. Die Dynamik
innerhalb der Falle wird durch die geringe Masse von Helium und der
quasi-entarteten Wasserstoff-Rydbergzustände dominiert. Bei den hier
vorgestellten Experimenten werden die in einer magnetooptischen Falle gespeicherten metastabilen Heliumatome mit einem Farbstofflaser bei
λ = 260 nm angeregt und zum Nachweis mit einem kurzzeitig angelegten
elektrischen Feld ionisiert und Richtung Detektor beschleunigt. Messungen der Lebensdauer verschiedener Rydbergzustände geben Hinweise auf
eine Umverteilung in langlebige Zustände. Wir diskutieren die möglichen
Ursachen.
[1] M.P. Robinson et al., Phys. Rev. Lett. 85, 4466 (2000)
Q 2.6 Mo 12:15 F303
Ein ultrakaltes Gemisch aus Ytterbium- und Rubidiumatomen
— •Alexander Batär, Sven Kroboth, Bernd Kaltenhäuser
und Axel Görlitz — Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut
Wir präsentieren ein Experiment zur Erzeugung eines zweikomponentigen Quantengases aus paramagnetischen Rubidiumatomen und fermionischen oder auch bosonischen diamagnetischen Ytterbiumatomen.
Zunächst werden Yb und Rb-Atome mittels unabhängiger Zeemanslower und magneto-optischer Fallen gefangen.
Anschliessend
soll mittels Verdampfungskühlung in einer Kleeblatt-Magnetfalle ein
87
Rb BEC erzeugt werden. Die Yb-Atome sollen in einer gekreuzten
bichromatischen Dipolfalle durch sympathetische Kühlung mit Rb zur
Quantenentartung gebracht werden.
Bislang konnten wir die 6 häufigsten Yb-isotope (4 bosonische, 2 fermionische) in einer MOT fangen. Vom häufigsten Isotop 174 Yb können
im Gleichgewicht rund 3 × 107 Atome in der MOT gefangen werden, bei
einer Laderate aus dem Zeeman-Slower in der Größenordnung von 108
Atomen pro Sekunde. Die durch Zerfälle in metastabile Niveaus limitierte Lebensdauer der MOT liegt bei einigen hundert Millisekunden. Vor
kurzem gelang auch die Realisierung einer zweikomponentigen MOT aus
87
Rb und 174 Yb. Wir berichten über den Stand des Experiments.
Q 3 Laserspektroskopie 1
Q 3.1 Mo 11:00 F107
Dispersive features of EIA in Cesium atoms — •Luca Spani
Molella1 , Rolf-Hermann Rinkleff2 , and Karsten Danzmann1,2
— 1 Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Callinstraße 38, D30167 Hannover — 2 Institut für Atom- und Molekülphysik, Universität
Hannover
We present the results of the analysis of electromagnetically induced
absorption (EIA) for the closed hyperfine transition 6s 2 S1/2 F = 4 →
6p 2 P3/2 F 0 = 5 of the 133 Cs D2 line in Cesium atoms. The analysis is
performed with the help of a three beam heterodyne interferometer [1],
which allows simultaneous measurement of the absorption and dispersion
of the coupling and/or probe laser. The power of both lasers is swept
through several orders of magnitude. The halfwidth of the EIA signal
shows an increase with respect to the power of the probe laser while the
phase shift of the probe laser decreases.
This work was supported by SFB 407 of the Deutsche Forschungsgemeinschaft
[1] M. Müller, F. Homann, R.-H. Rinkleff, A. Wicht, K. Danzmann,
”Heterodyne measurements of parametric dispersion in electromagnetically induced transparency”, Phys. Rev. A 64, 013803 1-8 (2001)
Raum: F107
Q 3.2 Mo 11:15 F107
RF-Multiphotonenprozesse in der Zeemanstruktur von
atomarem Cs in festem Helium — •Daniel Nettels, Reinhard Müller-Siebert, Simone Ulzega und Antoine Weis —
Département de Physique, Université de Fribourg, Chemin du Musée 3,
1700 Fribourg, Schweiz
Wir untersuchen die magnetischen Eigenschaften von Alkaliatomen in
kristallinen 4 He-Matrizen. Die langen Spinlebenszeiten (≈ 1 s) der implantierten Atome ermöglichen hochauflösende, optisch detektierte Magnetresonanzspektroskopie. Hier präsentieren wir Mehrphotonenspektren (n-Photonen-Übergänge mit ∆M = n) innerhalb eines Hyperfeinmultipletts des 6S1/2 -Grundzustands von Cs. Im F = 4 Hyperfeinzustand
beobachten wir alle möglichen Übergänge bis zum ∆M = 8 Übergang.
Der Vorteil der Mehrphotonenresonanzen liegt in einer höheren magnetometrischen Empfindlichkeit gegenüber der gewöhnlichen Einphotonenresonanz. Davon könnten die an diesem System geplanten Experimente
zur Suche nach atomaren permanenten elektrischen Dipolmomenten profitieren. Darüberhinaus werden bei geeigneten geradzahligen Mehrphotonenübergängen systematische Effekte, die von der quadratischen Tensorpolarisierbarkeit des Cs-Grundzustandes sowie von light-shift-Effekten
herrühren, unterdrückt. Die gemessenen Spektren vergleichen wir mit
theoretischen, die wir aus numerischen Lösungen der Liouville-Gleichung
Quantenoptik
Montag
im Dichtematrixformalismus erhalten.
Q 3.3 Mo 11:30 F107
Einsatz eines Quanten-Kaskaden-Lasers zum hochempfindlichen
Spurengasnachweis
mittels
Cavity-Leak-OutSpektroskopie — •Markus Horstjann, Heiko Ganser,
Peter Hering und Manfred Mürtz — Institut für Lasermedizin,
Universität Düsseldorf, www.ilm.uni-duesseldorf.de/tracegas.
Quanten-Kaskaden-Laser (QCL) verbinden eine schmale Linienbreite
mit hoher optischer Ausgangsleistung und sind über mehrere Wellenzahlen kontinuierlich durchstimmbar. Deshalb eignen sie sich hervorragend für die hochempfindliche Spurengasanalyse, wie sie z.B. mit einem Cavity-Leak-Out-Spektrometer (CALOS) im mittleren Infrarotbereich realisiert werden kann [1]. Hierbei wird ein Resonator hoher Güte
optisch gepumpt; anschließend wird der Pumplaser abgeschaltet und die
Abklingzeit des im Resonator gespeicherten Lichts beobachtet.
Wir stellen einen Aufbau mit einer 25 cm langen Bow-Tie Cavity vor,
mit der eine effektive Absorptionsweglänge von 1,8 km erreicht wird. Der
eingesetzte QCL arbeitet bei 5,2 µm Wellenlänge und liefert etwa 10 mW
im Dauerstrichbetrieb. Mit unserer QCL-basierten CALOS-Anordnung
erzielen wir eine Nachweisempfindlichkeit von 3 ppb NO (Zeitauflösung:
10 s).
[1] Dahnke, Kleine, Hering, Mürtz, Appl. Phys. B 72, 971-975 (2001).
Q 3.4 Mo 11:45 F107
Ultraschnelles Fitverfahren zur Anpassung exponentieller
Kurven für die Cavity-Ring-Down-Spektroskopie — •Daniel
Halmer, Golo von Basum, Peter Hering und Manfred Mürtz
— Universität Düsseldorf, Institut für Lasermedizin, www.ilm.uniduesseldorf.de/tracegas
Die Analyse von Gasen, die in sehr geringen Konzentrationen vorliegen, hat in letzter Zeit eine Reihe interessanter Anwendungen gefunden.
Hierzu gehören die Umweltanalytik und die Bestimmung von Spurenstoffen im menschlichen Atem zur Diagnose von Krankheiten.
Die Cavity-Ring-Down-Spektroskopie ist ein Verfahren, mit dem Spurengasmessungen im sub-ppb-Bereich (ppb = parts per billion) durchgeführt werden können. In jedem Messzyklus ist die Auswertung eines
exponentiellen Abklingsignals notwendig. Für eine atemzugsaufgelöste
Messung mit der optimalen Empfindlichkeit muss diese Auswertung im
kHz-Takt durchgeführt werden.
Die Standardfitverfahren sind dafür deutlich zu langsam, z.B. ist der
nichtlineare Levenberg-Marquardt-Fit von LabView (LM-Fit) um fast
zwei Größenordnungen zu langsam. Das hier vorgestellte Verfahren basiert auf der Methode der sukzessiven Integration, korrigiert allerdings
den systematischen Fehler, der bei der Integration gemacht wird. Im
Vergleich zum LM-Fit ist dieser Fit etwa 1000-mal schneller bei nahezu gleicher Präzision. Bei Datensatzlängen von 1536 Punkten benötigt
der Fit etwa 80 ns. Durch die schnellere Datenverarbeitung wurde die
Empfindlichkeit unseres Spektrometers um einen Faktor 2,6 verbessert.
[1] Stry, Hering, Mürtz, Appl.Phys.B 75, 297-303(2002).
Q 3.5 Mo 12:00 F107
Coherence of photons from a single quantum system —
•A. Volkmer1 , F. Jelezko1 , I. Popa1 , K.K. Rebane2 , and J.
Wrachtrup1 — 1 3rd Institute of Physics, University of Stuttgart,
Pfaffenwaldring 57, 70569 Stuttgart, Germany — 2 Institute of Physics,
University of Tartu, Riia 142, 51014 Tartu, Estonia
We present a novel methodology that allows recording the wave-like
properties of emitted photons, such as its phase and coherence time, from
a single quantum system in solid. The feasibility of this approach is experimentally demonstrated by measuring the self-interference of photons
from the zero-phonon line emission of a single nitrogen-vacancy defect in
diamond at 1.6 K. The first-order correlation function has been recorded
and analyzed in terms of a single exponential decay time. A coherence
time of 5 ps has been obtained, which is in good agreement with the
corresponding spectral line width.
Q 3.6 Mo 12:15 F107
Photodegradation of Chlorosome Bacteriochlorophylls of
Chlorobium tepidum — •Anton Granzhan1 , Alfons Penzkofer1 , and Guenter Hauska2 — 1 Institut II - Experimentelle und
Angewandte Physik, Universität Regensburg, Universitätsstrasse 31,
D-93053 Regensburg — 2 Institut für Botanik, Universität Regensburg,
Universitätsstrasse 31, D-93053 Regensburg
The photostability of bacterichlorophylls (BChl, mainly bacteriochlorophyll c) is studied by cw light excitation in the chlorosomes of
intact green sulfur bacteria Chlorobium tepidum and in extracted solutions where BChl is present in monomeric form. Experiments have
been carried out under aerobic and anaerobic conditions. The photostability of BChlc in the chlorosomes is very high (quantum yield of
photo-degradation φD ≈ 7.5 × 10−6 ) under both conditions. The BChl
molecules in acetone/methanol solution have low photo-stability in airsaturated samples (φD ≈ 0.017). The photo-stability increases by nitrogen bubbling. The photo-degradation is caused by reaction of BChls with
dissolved oxygen after excitation. Singlet excited BChls relax partly to
the triplet system and react with triplet oxygen to generate singlet oxygen and ground-state BChl. The generated singlet oxygen reacts with
BChl to a peroxide BChl-O2 which degrades thermally to photobiline
and further to products not absorbing in the visible spectral range.
Q 4 Nichtlineare Optik 1
Q 4.1 Mo 11:00 F142
Frequenzverdopplung eines Breitstreifen-Diodenlaser im externen Resonator — •Danilo Skoczowsky, Volker Raab und Ralf
Menzel — Universität Potsdam, Am Neuen Palais 10, D-14469 Potsdam
Vorgestellt wird die Frequenzverdopplung eines Breitstreifen- Diodenlasers, der im externen Resonator betrieben wird. Der Laser liefert maximal 400 mW nahezu beugungsbegrenztes Licht bei einer Zentralwellenlänge von 930 nm und einem Durchstimmbereich von 30 nm. Die
Bandbreite der Emission liegt je nach Resonatorkonfiguration zwischen
10 pm und 100 pm [1].
Das infrarote Licht wird in einem externen Ringresonator mittlerer G
üte (Q ≈ 4 · 106 ) mit Hilfe eines Kaliumniobatkristalls (kritische Phasenanpassung, Typ I, L = 8 mm) frequenzverdoppelt. Erreicht wurden
bisher 2,5 mW bei einer Emissionswellenlänge von 465 nm. Der Durchstimmbereich beträgt zur Zeit 3 nm.
[1] Volker Raab, Danilo Skoczowsky, and Ralf Menzel . Optics Letters,
Vol. 27, No. 22, 2002.
Raum: F142
Q 4.2 Mo 11:15 F142
Instantanes optisches Schalten und effiziente Frequenzkonversion auf der Femtosekunden-Zeitskala — •Reiner Schmid1,2 ,
Martin Fahr1 und Jürgen Reif1,2 — 1 Institut für Physik und Chemie, BTU Cottbus, Universitätsplatz 3-4, 03044 Cottbus, Germany —
2
JointLab IHP/BTU, BTU Cottbus, Universitätsplatz 3-4, 03044 Cottbus, Germany
Momentan ist im Bereich der Telekommunikation die Erforschung
und Entwicklung optischer Schaltmechanismen für die Vermittlungsknoten in Glasfasernetzen von größter Bedeutung, da sie die Basis für die
Erhöhung der Bandbreite darstellen. Basierend auf dem nichtlinearen optischen Kerr-Effekt wird die Entstehung eines ultraschnellen transienten
Brechungsindex-Gitters in Barium Fluorid demonstriert, welches in der
Lage ist mehrere Wellenlängen gleichzeitig auf der Femtosekunden Zeitskala mit einer Gesamteffizienz von ca. 23% zu schalten. Der optische
Schalter zeichnet sich insgesamt durch instantanen Charakter gekoppelt
mit einem sehr grossen Schaltkontrast und einer hohen Beugungseffizienz
aus.
Durch den instantanen Charakter des transienten Gitters besteht weiterhin die Möglichkeit aus einem zeitlich längeren Puls einen kurzen
Femtosekunden-Puls herauszuschneiden.
Das transiente Gitter erlaubt die Kopplung der zwei möglichen Entstehungspfade der dritten Harmonischen (THG = Third Harmonic Generation). Dies führt zur Gesamt-Impulserhaltung des Konversions-Prozesses
Quantenoptik
Montag
und damit zur Selbst-Phasenanpassung. Hierbei sind KonversionsEffizienzen im Prozent-Bereich zu beobachten.
Q 4.3 Mo 11:30 F142
Effiziente Frequenz-Verdreifachung in einem kohärent getriebenen Medium — •Torsten Rickes, Evgeny Korsunsky, Klaas
Bergmann und Thomas Halfmann — Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, D-67663 Kaiserslautern
Vorgestellt wird die effiziente Erzeugung vakuum-ultravioletter Strahlung durch Frequenzverdreifachung in einem kohärent getriebenen Medium. Das Medium wird durch ”Stark chirped rapid adiabatic passage”
(SCRAP) im Zustand maximaler Kohärenz präpariert, um eine starke
Überhöhung der für die Frequenzkonversion relevanten Suszeptibilität
dritter Ordnung χ(3) zu induzieren. Im Experiment wird kohärente
Strahlung der Wellenlänge 213nm in einem Krypton-Atomstrahl frequenzverdreifacht, wobei die Frequenz der fundamentalen Strahlung
leicht von Resonanz mit dem 4p 1S0 - 5p [01/2]0 - Übergang verstimmt
ist. Die durch einen zusätzlichen, nicht-resonanten (infraroten) Laser induzierte dynamische Stark-Verschiebung, wird dazu genutzt, um
die Bohr-Frequenz des atomaren Übergangs über die Zwei-PhotonenResonanz mit der ultravioletten Laserstrahlung durchzustimmen. Durch
den induzierten Rapid Adiabatic Passage (RAP)-Prozeß wird, bei geeigneter Wahl der Laserparameter eine Überhöhung der im Medium induzierten Polarisation erreicht, die in Frequenzkonversionsprozessen genutzt werden kann. Die Effizienz der Frequenzverdreifachung im kohärent
präparierten Medium kann so um mehr als eine Größenordnung gegenüber der konventionellen Frequenzkonversion gesteigert werden. Wir
zeigen experimentelle Ergebnisse und theoretische Simulationen des Prozesses.
Q 4.4 Mo 11:45 F142
Neue Methode zur Stabilisierung von resonatorintern frequenzverdoppelten Lasern mit Typ I-Phasenanpassung — •Christoph
Czeranowsky, Valery Baev und Günter Huber — Institut für
Laser-Physik, Universität Hamburg, Jungiusstr. 9a, 20355 Hamburg
Mit resonatorintern frequenzverdoppelten Festkörperlasern lassen sich
effiziente und kompakte Lichtquellen für den blauen Spektralbereich aufbauen. Die bei der Frequenzverdopplung ebenfalls stattfindende Summenfrequenzbildung führt jedoch zu einer Kopplung der Lasermoden und
verursacht dadurch starke Oszillationen der Laserleistung. Dieses ”green
problem” wurde bislang fast ausschließlich an Lasern im grünen Spektralbereich mit Typ II-Phasenanpassung (Nd:YAG+KTP, Verdoppelung
von 1064 nm→532 nm) untersucht. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt welche Ergebnisse für Laser mit Typ II-Phasenanpassung sich auf
Laser mit Typ I-Phasenanpassung (Laser im blauen Spektralbereich, verdoppelt mit LBO, KNbO3 , BBO oder BiBO) übertragen lassen. Des weiteren wird eine neue Methode vorgestellt, mit der durch Platzieren von
Laser- und Verdopplerkristall in der Resonatormitte die Instabilitäten in
einem Laser mit Typ I-Phasenanpassung unterdrückt werden können.
Q 4.5 Mo 12:00 F142
Ein Dauerstrich-Optisch-Parametrischer-Oszillator für die Spurengasanalyse im mittleren Infrarot — •Frank Müller1 , Alexander Popp1 , Stephan Schiller2 und Frank Kühnemann1 —
1
Institut für Angewandte Physik, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn — 2 Institut
für Experimentalphysik, Universitätsstrasse, 40225 Düsseldorf
Wir präsentieren einen Dauerstrich, einfach resonanten, optisch parametrischen Oszillator, der speziell für die Anwendung in der Spurengasanalyse entwickelt wurde. Er basiert auf periodisch gepoltem Lithiumniobat (PPLN). Signal- und Pumpwelle werden in separaten, linear angeordneten Resonatoren (dual-cavity PR-SRO) überhöht. Die
Pumpüberhöhung erlaubt den Einsatz einer moderaten Pumpquelle (2,5
W Nd:YAG bei 1064 nm).Der Pumpresonator ist auf den Pumplaser,
der Signalresonator auf maximale Ausgangsleistung stabilisiert. Ein im
Signalresonator wirkendes Etalon verhindert Modensprünge und kann
durch Drehung via Galvanometer zur schnellen Modensprungabstimmung genutzt werden. Die sehr gute Abstimmbarkeit im Bereich von
3200-3700 nm bei einer Ausgangsleistung von etwa 2x100 mW machen
diesen OPO zu einer geeigneten Lichtquelle für die Spurengasanalyse von Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und Aldehyden. Mit unserem
kompakten OPO basierten photoakustischen Spektrometer wurde eine
rauschäquivalente Nachweisgrenze von 110 ppt Ethan erreicht.
Q 4.6 Mo 12:15 F142
Ein weit abstimmbares gepulstes Einmodenlasersystem mit nahe 1 J Impulsenergie — •Thomas Trickl und Hannes Vogelmann — Forschungszentrum Karlsruhe, IMK-IFU, Kreuzeckbahnstr. 19,
82467 Garmisch-Partenkirchen
Atmosphärische Wasserdampfmessungen bis in die untere Stratosphäre
mit der von der Klimaforschung geforderten Genauigkeit um 5 % stellen
eine bislang ungelöste meßtechnische Aufgabe dar. Genaue Lidarmessungen in diesem Höhenbereich erfordern den Einsatz gepulster Einmodenlaser im nahen Infrarot mit ca. zehnmal höherer Impulsenergie, als
sie bislang von Farbstofflasern erzielt werden konnten. Am IMK-IFU
wird daher ein Lasersystem entwickelt, welches diesen Ansprüchen gerecht werden soll. Als Laseroszillatoren zur Erzeugung der beiden Lidarwellenlängen dienen zwei optisch-parametrische Ozillatoren (OPO).
Durch verschiedene Modifikationen an den kommerziellen OPO konnte
ein stabiler Einmodenbetrieb mit Energien um 1 mJ, Bandbreite um 0.2
GHz, Schuß-zu-Schuß- Frequenzfluktuationen unter ± 40 MHz und Langzeitstabilität unter ± 8 MHz (gleitendes Mittel über mehrere Sekunden).
Die Ausgangsstrahlen der OPO werden sequentiell in einen blitzlampengepumpten Ti:Saphir-Ringverstärker mit gespeicherter Energie von ca.
0.9 J eingekoppelt. Nach sechs Umläufen im Verstärker wurden 110 mJ
erzielt. Bis zur Tagung soll das System auf endgültige Spezifikationen
optimiert werden.
Q 5 Halbleiter- und Festkörperlaser
Q 5.1 Mo 11:00 E001
Kompaktes Resonatordesign für einen um 20 nm durchstimmbaren Halbleiterlaser — •Andreas Jechow, Volker Raab und
Ralf Menzel — Uni Potsdam, Lehrstuhl Photonik, Am Neuen Palais
10 14469 Potsdam
Für angestrebte Untersuchungen zur kohärenten Kopplung von HLLaserbarren wird ein Pilotlaser für die Justage und Charakterisierung
der zu verwendenden Komponenten benötigt.
Der Laser besteht aus einer HL -Breitstreifendiode, deren Facette ARbeschichtet ist und die in einem externen Resonator betrieben wird. Aufgrund der inneren Struktur besitzt die Diode in x-Richtung ( slow-axis“)
”
unter einem Winkel von 47mrad eine Vorzugsrichtung und kann deshalb
in x-Richtung off-axis“ betrieben werden, eine Strahlrichtung dient da”
bei der Rückkopplung und die andere der Auskopplung. Die Frequenzselektion im Resonator erfolgt über ein Teleskop, bestehend aus einem
FAC (fast axis collimator) und einem 1600/mm Gitter.
Der kompakte Aufbau ist von 920-940 nm durchstimmbar, die Linienbreite der Emission beträgt unter 100pm und es wird bei einem
Pumpstrom von 1,5 A eine Spitzenleistung von 300mW bei M 2 < 2
erreicht.
Raum: E001
Q 5.2 Mo 11:15 E001
Polarization dynamics and low-frequency fluctuations in
vertical-cavity surface-emitting lasers subjected to optical
feedback — •T. Ackemann1 , M. Sondermann1 , H. Bohnet1 ,
A. Naumenko2 , and N.A. Loiko2 — 1 Institut für Angewandte
Physik, Westfälische Wilhelms–Universität Münster, Corrensstr. 2/4,
48149 Münster, Germany — 2 Institute of Physics, Academy of Sciences
of Belarus, Scaryna Prospekt 70, 220072 Minsk, Belarus
The polarization dynamics of vertical-cavity surface-emitting lasers
(VCSELs) in the presence of isotropic optical feedback from a distant
reflector is studied experimentally and theoretically. Low-frequency fluctuations (LFF) – sudden drops in power followed by a slow recovery
process – are found to be a characteristic feature of the dynamics.
In the experiment, the existence of three types of LFF is demonstrated:
First, both polarization modes are excited nearly equally and LFF events
take place simultaneously. Second, if there is complete dominance of one
polarization mode, this one undergoes single-mode LFF. In the intermediate case of a weak preference for one polarization mode, a LFF event
in the dominant polarization mode might be accompanied by a burst
of power in the normally depressed mode. The selection between the
different scenarios is governed by the dichroism of the VCSEL.
Quantenoptik
Montag
For a theoretical description, the equations of motion of the so-called
spin-flip model are generalized to take into account delayed feedback
terms. The experimentally observed scenario can be qualitatively reproduced in numerical simulations, if spontaneous emission noise is taken
into account.
Q 5.3 Mo 11:30 E001
Einsatz eines Trapezverstärkers in einem transportablen
Differenzfrequenzlasersystem
für
die
Cavity-Leak-OutSpektroskopie — •Miroslaw Giza, Daniel Halmer, Peter
Hering und Manfred Mürtz — Institut für Lasermedizin,
Universität Düsseldorf, http://www.ilm.uni-duesseldorf.de/tracegas
Viele für die Medizin und Umwelt interessanten Moleküle besitzen Absorptionsübergänge im mittleren Infrarot. Eine hervorragende Methode
zum hochempfindlichen isotopomerenselektiven Nachweis von Spurengasen in diesem Spektralbereich ist die Cavity-Leak-Out-Spektroskopie
(CALOS)[1].
Auf der Basis eines schmalbandigen cw-Differenzfrequenzlasersystems
wurde ein transportables CALO-Spektrometer entwickelt. Das Lasersystem besteht im Wesentlichen aus einem Nd:YAG-Laser bei 1064 nm und
einem durchstimmbaren Diodenlaser bei 805-825 nm, deren Strahlen in
einem periodisch gepolten LiN bO3 -Kristall (PPLN) überlagert werden.
Der Diodenlaser wird in einer Master-Oscillator-Power-Amplifier (MOPA) Anordnung nachverstärkt und in einen polarisierungserhaltenden
Single-Mode-Lichtwellenleiter (LWL) eingekoppelt. Nach dem Durchgang durch den Trapezverstärker und den LWL hat der Diodenlaserstrahl
eine Leistung von P = 150 mW und eine Strahlqualität von M 2 = 1, 1.
Der im PPLN erzeugte Differenzfrequenzstrahl kann zwischen 3, 22 µm
und 3, 77 µm durchgestimmt werden und hat eine Ausgangsleistung von
130 µW. Mit diesem System konnte Ethan mit einer Nachweisempfindlichkeit von 1 ppb nachgewiesen werden.
[1] S. Stry, P. Hering, M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 297-303 (2002).
Q 5.4 Mo 11:45 E001
Sub-Shot Noise Light Generation Using a New Master-Slave
Semiconductor Laser Configuration — •Tilman Groth and
Wolfgang Elsäßer — Darmstadt University of Technology,
Institute of Applied Physics, Schlossgartenstrasse 7, 64289 Darmstadt,
Germany
One of the common approaches to generating amplitude squeezed light
fields is the concept of quiet pumping of semiconductor lasers as demonstrated in [1]. However, it is usually necessary to suppress excess noise
caused by mode competition in the laser by using techniques like external cavity feedback or injection locking (e.g. [2]). Instead of an external
cavity laser, we use a small-aperture vertical-cavity surface-emitting laser
(VCSEL) as master. The locked emission from the edge-emitting quantum well laser that we used as slave shows noise suppression of over 20
dB between 32 and 98 MHz. Squeezing of up to 2 dB below the shot
noise is achieved even when both the master and the slave laser operate
at room temperature.
[1] Machida et al., Phys. Rev. Lett. 58, 1000 (1987).
[2] Wang et al., Phys. Rev. Lett. 71, 3951 (1993).
Q 5.5 Mo 12:00 E001
Phase-coherent addition of laser beams — •Markus ReetzLamour, Kilian Singer, Michaela Tscherneck, Simon Fölling,
Marc Eichhorn, and Matthias Weidemüller — Max-PlanckInstitut für Kernphysik, Postfach 103980, D-69029 Heidelberg
We present a setup to coherently add two beams from separate diode
lasers with identical frequencies in order to obtain a single coherent beam
(degree of coherence ≥0.97) with well-defined polarization.
The frequencies of the two sources are simultaneously injection locked
to a third laser oscillator. The laser beams are merged at a polarizing beam splitter cube with an active stabilization of the relative phase
against acoustic noise and thermal drifts. Different schemes to control
the relative phase are investigated. The system can easily be extended
to coherently add a large number of laser sources.
Q 5.6 Mo 12:15 E001
Entwicklung eines cw-Titan-Saphir-Lasers — •Th. Amthor, M.
Sinther und Th. Walther — Institut für Angewandte Physik, TU
Darmstadt, Schloßgartenstr. 7, 64289 Darmstadt
Ein cw-Titan-Saphir-Ringlaser in Bowtie-Bauweise wird vorgestellt.
Der Betrieb des Lasers auf einer einzigen Longitudinalwelle wird durch
Seeden mit einem Diodenlaser bei 761nm gewährleistet. Dies ermöglicht
einen einfachen Aufbau des Resonators. Die experimentellen Ergebnisse
werden diskutiert.
Q 6 Pulserzeugung NIR/Vis/UV
Q 6.1 Mo 11:00 B302
Selfstarting diode-pumped femtosecond Yb:fluoride-phosohate
glass-laser using a semiconductor saturable absorber mirror
— •Gabriela Paunescu, Joachim Hein, Jens Philipps, Thomas
Töpfer, Gisela Quednau, Sebastian Podleska, and Roland
Sauerbrey — Institut für Optik und Quantenelektronik, FriedrichSchiller-Universität, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena, Germany
We have developed a diode-pumped femtosecond Yb:fluoride
phosphate-glass laser, generating 118 fs pulses at a repetition rate of
122.6 MHz. Stable selfstarting modelocking was achieved with 1.9 W
absorbed power, 2% output coupler, and using semiconductor saturable
absorber mirrors with different amounts of saturable absorption. With
2% saturable absorption, the laser emits up to 45 mW at wavelengths
between 1033 nm and 1048 nm. With 0.6% saturable absorption, output
power up to 100 mW is obtained and the wavelength range is shifted by
about 10 nm to longer wavelengths. Increasing the group-velocity dispersion by increasing the prism insertion, multiple pulsing was observed.
In this regime we noticed a continuous change of pulse spacing from half
cavity round-trip time until the pulses tend to overlap and modelocking
brakes down.
Q 6.2 Mo 11:15 B302
Diodengepumpter Cr3+ :LiCAF-Femtosekunden-Laser mit 143
nm Bandbreite — •Philipp Wagenblast1 , Uwe Morgner1,2 , Felix Grawert3 und Franz X. Kärtner3 — 1 Institut für Hochfrequenztechnik und Quantenelektronik, Universität Karlsruhe — 2 MaxPlanck-Institut für Kernforschung, Heidelberg — 3 Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA
Hinsichtlich der verbreiteten Nutzung von Femtosekunden-Lasern in
Technik und Medizin ist eine Reduktion der Kosten solcher Systeme un-
Raum: B302
erlässlich. Ein vielversprechender Weg ist die Nutzung von direkt diodengepumpten, breitbandigen Materialien wie Cr3+ :LiCAF, dessen Bandbreite Pulsdauern deutlich unter 10 fs im nahen Infraroten unterstützt
[1]. Es wird ein diodengepumpter, Kerr-Linsen-modengekoppelter Oszillator mit einer Emissionsbandbreite von 143 nm und 12 fs Pulsdauer
bei einer mittleren Ausgangsleistung von 25 mW vorgestellt. Die Dispersionskompensation wird über eine Kombination von Prismen und doppelt gechirpten Spiegeln erreicht [2], bei der die Spiegel die Dispersion
dritter Ordnung breitbandig kompensieren.
[1] P. Wagenblast et al., Opt. Lett. 27, 1726 (2002)
[2] F. X. Kärtner et al., Opt. Lett. 22, 831 (1997)
Q 6.3 Mo 11:30 B302
Optische aktive Modenkopplung von Festkörperlasern — •W.
Seitz1 , R. Ell1 , A.W. Killi2 , U. Morgner1,2 und F.X. Kärtner3
— 1 IHQ, Universität Karlsruhe(TH) — 2 Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg — 3 MIT, Cambridge, USA
Mithilfe eines optisch steuerbaren Fabry-Perot Modulators ist es
möglich, zwei voneinander unabhängige modengekoppelte Laseroszillatoren passiv zu synchronisieren [1]. Diese Methode der externen optischen
Modulation der Resonatorverluste kann des Weiteren dazu genutzt
werden, Festkörperlaser aktiv modenzukoppeln. Wir demonstrieren die
optisch aktive Modenkopplung eines ps-Nd:YVO4 -Lasers. Durch gezielte
Veränderung der Halbleitereigenschaften des Fabry-Perot Modulators
werden dabei bei einer Repetitionsrate von 80 MHz Pulslängen bis
herunter zu 6 ps erreicht [2]. Des Weiteren zeigen wir Ergebnisse
zur harmonischen Modenkopplung bei Vielfachen von 80 MHz und
erste Experimente zur Ansteuerung des optischen Modulators mit
Laserdioden.
[1] W. Seitz et al., Opt. Lett. (27)6, 454 (2002)
Quantenoptik
Montag
[2] W. Seitz et al., Opt. Lett. (27)24, 2209 (2002)
Q 6.4 Mo 11:45 B302
Sub-20 fs visible pulses with 750 nJ energy from a 100 kHz
NOPA — •Johannes Piel1 , Eberhard Riedle1 , Lars Gundlach2 , Ralph Ernstorfer2 , and Rainer Eichberger2 — 1 LS
für BioMolekulare Optik, Ludwig-Maximilians-Universität München —
2
Hahn-Meitner-Institut, Glienicker Strasse 100, Berlin
A single stage noncollinearly phase matched optical parametric amplifier (NOPA; [1]) was used to generate sub-20 fs tunable visible pulses
at a repetition rate of 100 kHz. The NOPA was pumped by 50 fs 800
nm pulses with 7 µJ energy (Coherent Rega 9050) and an output pulse
energy of 750 nJ was demonstrated. This is considerably higher than
previously obtained with a double stage collinear amplifier [2] and the
pulse length is dramatically shorter. The NOPA was adjustable from 460
nm to well beyond 1 µm. The NIR wavelengths were also generated on
axis and utilized the NIR part of the seed light.
The low energy pump requires a careful optimization of the setup.
Only a small fraction of the red pump light is used to generate the seed
light while the main part is frequency doubled and chirped to pump the 2
mm BBO amplifier. The amplifier crystal was placed within the Rayleigh
range of the focused blue light. The spectral bandwidth was sufficient
for sub-20 fs pulses through most of the tuning range and compression
in a prism compressor shortens the pulses to this low value.
[1] E. Riedle, M. Beutter, S. Lochbrunner, J. Piel, S. Schenkl, S.
Spörlein, W. Zinth, Appl. Phys. B 71 (2000), 457
[2] L. D. Ziegler et al., IEEE J. Quantum Electron. QE-34, 1758 (1998)
Q 6.5 Mo 12:00 B302
Direkt diodengepumptes Femtosekunden Cr:LiSAF-Oszillator
und -Verstärker System — •Andreas Isemann und Carsten
Fallnich — Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover
In diesem Beitrag wird ein Femtosekunden regenerativer Cr:LiSAFVerstärker vorgestellt. Der verwendete Seedoszillator wurde mittels eines sättigbaren Halbleiterspiegels (SESAM) modengekoppelt und unter
anderem hinsichtlich kürzester Pulse und des Auftretens von dispersiven Wellen charaktersisiert, die für den Betrieb als Seedoszillator unerwünscht sind. Es konnten Pulsdauern von 56 fs ohne dispersive Wellen
gemessen werden.
Der Resonator des regenerativen Verstärkers und die Dotierung
des Kristalls wurden speziell auf die thermischen Eigenschaften von
Cr:LiSAF abgestimmt, um das thermische Quenching des oberen Laserniveaus zu vermeiden. Mit diesem Design konnte die bislang höchste
Pulsenergie von 9 µJ bei 1,2 W absorbierter Pumpleistung eines direkt
diodengepumpten Colquiriite regenerativen Femtosekunden-Verstärkers
demonstriert werden. Die verstärkten Pulse konnten auf eine Pulsdauer
von 175 fs komprimiert werden.
Diese Arbeit wurde teilweise durch das BMBF gefördert,
FKZ: 13 N 7212
Q 6.6 Mo 12:15 B302
Suppression of pre- and postpulses in multipass Ti:sapphire
amplifier — •Jinxiong Wang, Martin Weinelt, and Thomas
Fauster — Lehrstuhl für Festkörperphysik, Universität ErlangenNürnberg, Staudtstr. 7/A3, 91058 Erlangen
Femtosecond Ti:sapphire multipass amplifiers are often subject to amplified spontaneous emission (ASE), pre- and postpulses[1]. In this contribution, an amplifier producing 1.8mJ/pulse, 22fs pulses at repetition
rate 1kHz and 17W pump power is described. Unlike the original configuration of the multipass amplifier[1], a two row beam path was designed in
the Ti:sapphire multipass amplifier, which eliminates the parasitic pulses
effectively without reduction on power. The possible parasitic pulses in
the amplifier are discussed and the orders of magnitude of pre- and postpulses are estimated by diffraction theory. The possible depolarization
after the seed beam passing obliquely through the Ti:sapphire crystal
is calculated and proven to be negligible. The output beam from the
multipass amplifier is well polarized, with negligible temporal and spatial chirp, and the output power is among the highest from single-stage
multipass amplifiers. The good performance is also demonstrated by the
high efficiency of subsequent OPA application.
[1] S. Backus et al. Optics Letters, Vol.20, No.19, Oct.1, 1995(2000)
Q 6.7 Mo 12:30 B302
Kompressorfreie Erzeugung kürzester UV-Impulse durch gechirpte Verdopplung — •Robert Sonnemann, Peter Baum, Stefan Lochbrunner und Eberhard Riedle — LS für BioMolekulare
Kürzeste abstimmbare UV-Impulse zwischen 240 und 350 nm werden durch Frequenzverdopplung überkomprimierter NOPA-Impulse [1]
erzeugt. Modellrechnungen und Experimente zeigen übereinstimmend,
dass sich der Chirp der sichtbaren Impulse bei Frequenzverdopplung auf
einfache Weise ins UV überträgt, und Dispersion im UV-Strahlengang
kann daher durch einen Kompressor im Sichtbaren effektiv vorkompensiert werden. Darüber hinaus wird gezeigt, dass ein dominanter quadratischer Chirp der sichtbaren Impulse eine spektrale Einengung der UVImpulse bewirkt und wie das Zusammenspiel mit dem linearen Chirp bei
der üblichen Kompression der fundamentalen Impulse zu einer Verschiebung der Zentralwellenlänge führt. Ein ausreichend negativer Chirp im
Sichtbaren vermeidet zusammen mit der Vorkompensation von Dispersion im UV gleichzeitig auch die spektralen Einengungseffekte. Die konsequente Anwendung dieser Strategien führt zu 19 fs langen UV-Impulsen
bei 293 nm mit einigen 100 nJ Impulsenergie.
Q 6.8 Mo 12:45 B302
Generation of ultrashort tunable UV pulses by chirped sum
frequency mixing — •Peter Baum1 , Ida Z. Kozma1,2 , Stefan
Lochbrunner1 , and Eberhard Riedle1 — 1 LS für BioMolekulare
Optik, Sektion Physik, Ludwig-Maxilimians-Universität München —
2
Department of Experimental Physics, University of Pecs, Hungary
Efficient generation of ultrashort UV pulses is demonstrated by sum
frequency mixing the output of a 1 kHz Ti:sapphire regenerative amplifier
(CPA) with the output of a two-stage noncollinearly phase matched optical parametric amplifier (NOPA). The 150 fs long pulses of the CPA are
directed through a highly dispersive glass block to introduce the strong
chirp, lengthening the pulse duration to 300 fs. Thereby, the length of
the CPA pulses matches the uncompressed NOPA pulses [1], and an efficient interaction is achieved for all wavelengths within the tuning range
without adjustment of a compressor. Tuning of the NOPA leads to sum
frequency mixed pulses in the region from 295 to 370 nm and above 410
nm. The generation of UV pulses is studied in BBO crystals having different thickness. The achieved pulse energy is greater than 3 µJ over
the most the UV tuning range, and the broadband spectra of the generated pulses imply that 15-20 fs long pulses can be attained upon proper
compression.
Q 7 Quanteninformation 2
Q 7.1 Mo 14:00 F102
Compact source of polarization-entangled photon pairs —
•Christian Schmid1,2 , Pavel Trojek1,2 , Mohamed Bourennane1,2 , Christian Kurtsiefer1 , and Harald Weinfurter1,2 —
1
Ludwig-Maximilians-Universität München — 2 MPI für Quantenoptik,
Garching
Typ II downconversion has established as one of the standard methods
for generating entangled photon pairs. However, detection efficiency and
dark count noise of currently available single-photon detectors suggest
Raum: F102
to limit the wavelength range of down-converted photons to 600-900 nm.
Consequently, the pump-beam wavelength has to be shorter than 450
nm. Until now, most of the experiments use large frame ion lasers with
high operating costs, which are not suitable for practical applications.
Hence, it is proximate to think of how to replace these cumbersome and
expensive lasers.
We report on development of a compact source of polarizationentangled photon pairs using a blue single-mode laser diode (λ = 402
nm, P = 30 mW) as the pump source of a beta-barium-borate (BBO)
Quantenoptik
Montag
nonlinear optical crystal. The created photon pairs are coupled into
single-mode optical fibers. The entanglement of the generated photon
pairs was tested with the measurement of the polarization correlations in
H/V and +45◦ /−45◦ basis and by violating the Clauser-Horne-ShimonyHolt (CHSH)-type Bell inequality. This compact, robust and economic
source can be employed in any application of quantum cryptography or
other quantum communication schemes.
Q 7.2 Mo 14:15 F102
Experimentelle Implementierung eines Quantenspiels —
•Carsten Schuck1 , Oliver Schulz1 , Christian Kurtsiefer1
und Harald Weinfurter1,2 — 1 Sektion Physik, LMU, München —
2
Das Interesse an Quantenspielen entstand aus der Kombination von
Spieltheorie und Quanten-Informationstheorie. Durch Verschränkung
und Linearkombinationen von binären Strategien ergeben sich neue Spielstrategien und -lösungen [1].
Wir präsentieren die experimentelle Umsetzung eines Quantenspiels,
des Gefangenendilemmas. In diesem Spiel können zwei Spieler ihre Spielstrategien durch Manipulation je eines Photons wählen. Die dazu notwendigen Paare polarisations-orts-verschränkter Photonen werden mittels parametrischer Fluoreszenz erzeugt.
Um den Gewinn der Spieler und die Effizienz der gespielten (Quanten-)
Strategie zu bestimmen, wird der Zwei-Photonen Zustand in die BellBasis transformiert und auf diese projiziert. Die Identifizierung aller vier
Bell Zustände der Polaristion ist erstmals hier auch mit linearen optischen
Elementen möglich durch die zusätzliche Nutzung der Ortsverschränkung
[2].
[1] J. Eisert, M. Wilkens, J. Mod. Opt. 47, 2543 (2000)
[2] P. G. Kwiat, H. Weinfurter, Phys. Rev. A 58, R2623 (1998)
Q 7.3 Mo 14:30 F102
Implementations of quantum logic operations adapted from the
teleportation scheme — •XuBo Zou, Kai Pahlke, and Wolfgang
Mathis — Institut TET, Appelstrasse 9a, 30167 Hannover
We present two proposals to implement basic elements (gates and filter) in the field of quantum information processing with linear optical
elements. These two schemes are adapted from the teleportation scheme
of Bennett et. al. [Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993)].
Q 7.4 Mo 14:45 F102
Storage of light in 87 Rb-Vapor — •D. Heine, A. Mair, A. Kasper,
and J. Schmiedmayer — Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg, Germany
Both Long Distance Quantum Communication and Quantum Computing need to store photonic information. Long Distance Quantum
Communication while waiting for successful entanglement in repeaters,
Quantum Computing while waiting for different steps of parallel computation to be completed. As shown in the Experiments of Phillips, Mair
et al. (PRL 86, Nr. 5, 2001, p. 783) and Hau (Nature 409, 490 − 493
and Nature 397, 594 − 598) non-destructive and reversible conversion
of information carried by light into a coherent atom spin wave in a gas
of hot rubidium vapor is possible and can be used to store information
by exploiting the strong slope of the refractive index (and resulting low,
respectively zero, group velocity of light) connected with EIT (Electromagnetic Induced Transparency) in such a medium. We have build an
experiment using gas cells of isotopically pure 87 Rb Isotope and have been
able to produce slow light with group velocities as low as 840 m/s using
static EIT and stored light for at least 300 µs using dynamic EIT. Even
partial and multiple readout of the pulse, preserving the pulse shape, has
been possible. We will report on the current status of our experiment
and give an outlook to future experiments with this setup. This work
was funded by the EU-ACQUIRE project.
Q 7.5 Mo 15:00 F102
Evolution of a qubit under the influence of a succession of
weak measurements with unitary feedback — •Thomas Konrad1 , Jürgen Audretsch1 , and Lajos Diósi2 — 1 Fachbereich Physik
Uni Konstanz — 2 Research Institute for Particle and Nuclear Physics,
Budapest, Hungary
We investigate the evolution of a single qubit subject to a continuous
unitary ”free” dynamics and an additional interrupting influence which
occurs periodically.One may imagine a dynamically evolving closed quantum system which becomes open at certain times. The interrupting influence is represented by an operation, which is assumed to equivalently
describe a non-selective weak measurement. It may be decomposed into
the action of a positive operator, which in case of a measurement represents the pure measurement part, followed by a unitary back-action
depending on the result of the measurement (feedback). Equations of
motion for the state evolution are derived in the form of difference equations. Apart from a modification of the free Hamiltonian and decoherence
due to the positive part of the back-action, we find decoherence induced
by the stochastic feedbacks and a kind of generalized friction. In order
to bridge the gap between sequential and continuous measurements the
continuum limit to a master equation is performed. The talk is based on
Phys. Rev. A 66 0223010(1-11), e-print: quant-ph/0201078.
Q 7.6 Mo 15:15 F102
Kohärente Kopplung eines einzelnen Ca+ -Ions an eine
Hochfinesse-Resonatormode — •Christoph Becher, Axel
Kreuter, Andreas B. Mundt, Carlos Russo, Hartmut
Häffner, Christian Roos, Jürgen Eschner, Ferdinand
Schmidt-Kaler und Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Österreich
Laser-gekühlte, gespeicherte Ionen sind ideale Systeme zur Speicherung und Verarbeitung von Quanteninformation. Der Transport von
Quanteninformation über große Distanzen mittels Photonen erfordert
eine Schnittstelle zwischen Ionen und Photonen. Eine solche Schnittstelle lässt sich z.B. durch die deterministische kohärente Ankopplung
eines einzelnen gespeicherten Ca+ -Ions an die Grundmode eines Hochfinesseresonators realisieren. In einem ersten Experiment demonstrieren
wir die Kohärenz der Kopplung, indem wir Rabi-Oszillationen durch das
Resonatorfeld antreiben. In einem zweiten Experiment weisen wir die
Kopplung des Ions an das Resonator-Vakuumfeld (Purcell-Effekt) nach.
Dazu messen wir die Änderung der Lebensdauer für spontane Emission
aus dem D5/2 -Niveau durch den Einfluss des Resonators. Erste Ergebnisse zeigen eine Verkürzung dieser Lebensdauer von > 5%, wenn der
Resonator auf die atomare Übergangsfrequenz stabilisiert wird.
Q 8 Quantengase 1
Q 8.1 Mo 14:00 F303
Strong Correlation Effects in Cold Atomic Gases — •Markus
Popp, Belen Paredes, Juan-Jose Garcia-Ripoll, and Ignacio
Cirac — Max-Planck-Institut fur Quantenoptik, 85748 Garching, Germany
We study the collective quantum properties of a Bose-Einstein condensate held in an optical lattice potential. As the potential depth of
the lattice is increased a quantum phase transition[1] occurs from a superfluid to a Mott insulator phase[2]. We explore ways of quantifying
the entanglement in such a system and investigate the scaling of entanglement close to the quantum critical point. We also investigate the
possibility of driving the atomic system into a Laughlin state and creating 1/2-anyons[3], which exhibit fractional statistics and promise novel
applications in quantum information. [1] S. Sachdev, Quantum Phase
Transitions (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2000) [2] M. Greiner et
Raum: F303
al., Nature 415, 39 (2002) [3] B. Paredes et al., PRL 87, 010402 (2001)
Q 8.2 Mo 14:15 F303
Experimente zur Spindynamik in 87 Rb Bose-Einstein Kondensaten — •Holger Schmaljohann1 , Michael Erhard1 , Markus
Kottke2 , Jochen Kronjäger1 , Sebastian van Staa1 , Jan Arlt2 ,
Kai Bongs1 , Wolfgang Ertmer2 und Klaus Sengstock1 —
1
Institut für Laserphysik, Universtät Hamburg, Junigusstraße 9, 20355
Hamburg — 2 Institut für Quantenoptik, Universtät Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Wir präsentieren den experimentellen Aufbau unserer BEC Apparatur zur Untersuchung der Spindynamik mit 87 Rb Atomen. In unserem
Experiment benutzen wir eine 2D+ MOT als Quelle für kalte Atome.
Bei einer Ladephase von 5 Sekunden werden 3 ∗ 109 Atome in der 3D
MOT gefangen. Die Magnetfalle, in welche die Atome anschliessend um-
Quantenoptik
geladen werden, ist vom Ioffe-Prichard Typ. Sie kommt entsprechend
der 4D Falle ohne Dipolspulen aus und wird mit 120 Ampere betrieben. Nach einer Evaporationszeit von ca. 15 Sekunden erreichen wir
die Quantenentartung mit ca. 106 87 Rb-Atomen im Kondensat. Um die
Spindynamik von BECs untersuchen zu können, muß das Ensemble in eine optische Falle umgeladen werden. Die entscheidenden Eigenschaften
unserer weitverstimmten Dipolfalle sollen hier vorgestellt werden. Abschliessend sollen zukünftige Experimente diskutiert werden, bei welchen
die Spinwechselwirkung zum Tragen kommt. Hierbei ist für 87 Rb im F=1
Zustand eine ferromagnetische Wechselwirkung und im F=2 Zustand eine
antiferromagnetische Wechselwirkung vorhergesagt worden, so dass mit
diesem System zwei unterschiedliche Spinwechselwirkungsmechansimen
beobachtbar sind.
Q 8.3 Mo 14:30 F303
Formation of Bose-Einstein condensates into excited states
— •Wolf von Klitzing, Igor Shvarchuck, Christian Buggle, Dima S. Petrov, Mark Kemmann, Tobias G. Tiecke, Kai
Dieckmann, Martin Zielonkowski, Gora V. Shlyapnikov, and
Jook T.M. Walraven — FOM-AMOLF, Kruislaan 407, 1098 SJ Amsterdam, Niederlande
We observed the formation of Bose-Einstein condensates into nonequilibrium states [1]. Our condensates are oversized as compared
to equilibrium condensates and show the dynamical evolution of the
quadrupole shape oscillation of regular condensates. These condensates
emerge in elongated traps as the result of local thermalisation when the
nucleation time is short compared to the axial oscillation time. The concept of local thermalisation arises because our thermal atomic clouds are
prepared far deeper into the hydrodynamic regime as compared to previous experiments on condensate formation [2,3]. Rapid formation causes
phase fluctuations which manifest themselves as stripes in the ballistic
expansion picture as also observed in [4]. We introduce condensate focusing as a powerful novel method to analyse the properties of these exotic
Bose-Einstein condensed gases.
[1] I. Shvarchuck et al. (cond-mat/0207599, accepted in PRL).
[2] H.-J. Miesner et al. Science 279, 1005 (1998).
[3] M. Köhl et al. Phys. Rev. Let. 88, 80402 (2002).
[4] S. Dettmer et al., Phys. Rev. Let.87, 160406 (2001).
Q 8.4 Mo 14:45 F303
Optically Loading of a BEC beyond the weak condensation
regime — •filip floegel, Luis Santos, and Maciej Lewenstein
— ITP Uni Hannover, Appelstr.2 , 30167 Hannover
We have studied the optically loading of a Bose-Einstein condensate
(BEC) from a reservoir via spontaneous photon emission. We assumed
a trapped thermal cloud in an electronic excited state. The BEC is considered in the electronic ground state. We include the collisional effects
by using Bogoliubov equations for the atoms in the ground state trap,
and additionally considered the mean-field effects on the excited state
atoms. We analyze the change in temperature of the BEC after the loading process, and describe the regime where the optical pumping leads to
cooling. The effect is discuss for different significant parameter regimes.
We finally discuss the consequences of this work in the post-cooling of
a BEC, and its application as a possible mechanism for a continuously
loaded atom laser.
Q 8.5 Mo 15:00 F303
Feshbach-Tuning der atomaren Wechselwirkung in einem
fermionischen Lithium-Gas — •Markus Bartenstein1 , Selim
Jochim1 , Gerhard Hendl1 , Johannes Hecker Denschlag1 ,
Allard Mosk2 , Matthias Weidemüller3 und Rudi Grimm1 —
1
Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, 6020 Innsbruck,
Österreich — 2 FOM-Instituut voor Plasmafysica, Rijnhuizen, 3430 BE
Nieuwegein, Niederlande — 3 Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69029
Heidelberg, Deutschland
Die Größe und das Vorzeichen der Streulänge a bestimmen die Dynamik und thermodynamische Stabilität eines ultrakalten Gases. Mittels
einer Feshbach-Resonanz ist es möglich, die Streueigenschaften durch Variation eines externen Magnetfeldes zu verändern.
In einem Gemisch der beiden energetisch tiefsten Spinzustände von 6 Li
existiert eine breite Feshbach-Resonanz bei einem Feld von etwa 860 G.
Wir untersuchen den Einfluss des Magnetfeldes auf die elastischen Streueigenschaften durch Beobachtung der Evaporation aus einer optischen
Dipolfalle. Unsere Experimente bestätigen die erwartete Abstimmbarkeit
der elastischen Streuung und legen den Nulldurchgang der Streulänge auf
Montag
530(3) G fest [1].
Aufgrund der niedrigen Dreikörperverluste und der starken, abstimmbaren Wechselwirkung, erscheint dieses System bestens geeignet, um den
Phasenübergang in die BCS superfluide Phase zu erreichen.
[1] S. Jochim et al., Phys. Rev. Lett., in press; physics/0207098
Q 8.6 Mo 15:15 F303
Variationsstörungstheorie für homogene Bose-Einstein-Kondensate — Hagen Kleinert, Axel Pelster, Konstantin Glaum
und •Sebastian Schmidt — Institut für Theoretische Physik, Freie
Universität Berlin, Arnimallee 14, D-14195 Berlin
Das Phänomen der Bose-Einstein-Kondensation ist seit seiner experimentellen Realisierung im Jahre 1995 wieder stark in das Blickfeld der
theoretischen Physik gerückt. Insbesondere der Einfluß einer schwachen
Zweiteilchen-Wechselwirkung in einem verdünnten homogenen Bosegas
ist ein bis heute ungelöstes Problem. Wir benutzen die feldtheoretischen
Methoden der Vielteilchenphysik, um die thermodynamischen Eigenschaften eines solchen ultrakalten Gases durch eine Störungsentwicklung
in der s-Wellenstreulänge zu berechnen. Am kritischen Punkt verschwindet das renormierte chemische Potential und führt damit zu Infrarotdivergenzen, sodaß der effektive Entwicklungsparameter der Störungsreihe
unendlich groß wird. Wir lösen dieses Problem mit Hilfe der Variationsstörungsrechnung, die kürzlich in unserer Gruppe entwickelt wurde,
um Starkkopplungslimites divergenter Schwachkopplungsreihen zu bestimmen. Durch Vergleich unserer Resultate mit einer Variationsrechnung im klassischen Limes hoher Temperaturen [1] können wir untersuchen, welche kritischen Eigenschaften des verdünnten homogenen Bosegases nur von den Matsubara-Nullmoden der Felder abhängen.
[1] H. Kleinert, eprint: cond-mat/0210162.
Q 8.7 Mo 15:30 F303
Towards ultracold bosonic and fermionic atoms in an optical lattice — •Thilo Stöferle, Henning Moritz, Christian Schori,
Michael Köhl, and Tilman Esslinger — Institute for Quantum
Electronics, ETH Zurich
Ultracold atoms trapped in optical lattices allow the study of quantum
many-body systems with tunable interactions. A variety of fascinating
quantum phenomena, such as BCS-type superfluidity, are theoretically
predicted to occur for quantum degenerate fermions. We plan to cool a
sample of fermionic Potassium atoms to quantum degeneracy by means
of sympathetic cooling with bosonic Rubidium atoms and to load it into
an optical lattice.
In the experiment we capture 2 · 109 Rubidium atoms in a magneto optical trap which are subsequently magnetically transported into an UHV
chamber, where Bose-Einstein condensates of 4 · 105 atoms are produced
by evaporative cooling. The next steps will be loading of the BEC into
the lattice and sympathetic cooling of the potassium atoms. The current
status of the experiment will be reviewed.
Q 8.8 Mo 15:45 F303
On the nature of the molecules in the JILA experiment —
•Thomas Gasenzer1 , Thorsten Köhler2 , and Keith Burnett2
— 1 Institut für Theoretische Physik, Philosophenweg 16, D-69120 Heidelberg — 2 Clarendon Laboratory, Parks Road, Oxford OX1 3PU, UK
In a recent experiment at JILA [Donley et al., Nature (London) 417,
529 (2002)], large oscillations in the atom number of the condensate and
“burst” fractions as well as in the sum of these have been observed, when
the rubidium-85 system was exposed to rapid variations of an external
magnetic field close to a Feshbach resonance. We present a microscopic
theory of these oscillations [T. Köhler, T. Gasenzer, and K. Burnett,
arXiv.org eprint cond-mat/0209100, Phys. Rev. A, to appear (2002)]
which shows that, besides the atomic condensate, a fraction of molecules
as well as a “burst” of unbound atom pairs develops. The results strongly
indicate that the fraction of missing atoms in the experiment corresponds
to atoms bound to diatomic molecules. We present the density profile
of the molecules confined in the trap. This shows that the molecules in
fact form a Bose-Einstein condensate. We discuss the nature of these extremely diffuse, loosely bound molecules and show their emergence in the
Feshbach resonant system of open and closed molecular channels. The
theory allows us to identify the role of these molecules in the experiment
as well as to examine the viability of proposed detection schemes for the
molecules. It gives a transparent account of the Ramsey-like interference mechanism which leads to the observed oscillations and enables the
identification of possible optimization procedures.
Quantenoptik
Montag
Q 9 Quanteneffekte 1
Q 9.1 Mo 14:00 F107
Coupling single nanoparticles to a high-Q microsphere resonator — •Stephan Götzinger1 , Leonardo de S. Menezes1 ,
Andrea Mazzei1 , Vahid Sandoghdar2 , and Oliver Benson1 —
1
Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Physik, 10117 Berlin, Germany — 2 ETH Zürich, Laboratorium für Physikalische Chemie, 8093
Zürich, Switzerland
Single nanoparticles coupled to high-Q whispering-gallery modes in
silica microspheres are promising candidates for controlled cavity-QED
experiments or the realization of a single quantum emitter laser. In our
experiment we realized the coupling of a single 200 nm dye-doped bead
to a high-Q microsphere as well as the detection of the fluorescence via
a well defined and controllable output port.
We coated the microspheres with dye-doped beads or CdS/ZnS
nanocrystals [1]. By using a homemade laser scanning microscope
we were able to select and to address a single nanoparticle on the
microsphere surface. The emission spectra observed via the prism
outcoupler revealed a very pronounced modulation, agreeing well with
the calculated free spectral range of the microsphere.
[1] Nanocrystals were provided by A. Rogach, Univ. Munich, N.
Gaponik, D. Talapin, and H. Weller, Univ. Hamburg
Q 9.2 Mo 14:15 F107
Kollektive Dynamik im Hochfinesseringresonator — •Thilo
Elsässer, Boris Nagorny, Hendrik Richter und Andreas
Hemmerich — Institut für Laserphysik, Universität Hamburg,
Jungiusstr.9, 20355 Hamburg
Um quantenlogische Prozesse zwischen Neutralatomen zu realisieren,
muss zwischen ihnen ein Wechselwirkungsmechanismus eingeführt werden. Sind die Atome in der Stehwellendipolfalle eines Hochfinesseringresonators (F=180000) gefangen, so kommt es zu gemeinsamer Wechselwirkung mit dem Lichtfeld mittels kohärenter Rayleighstreuung. Dieser
Effekt wird durch die hohe Lebensdauer (9,3 µs) der gestreuten Photonen
im Resonator verstärkt.
In unserem Experiment pumpen wir zwei gegenläufige Moden des
Ringresonators mit jeweils 1 µW Leistung aus einem Diodenlaser, welcher
mit Hilfe des Pound-Drever-Hall Verfahrens stabilisiert wird. So erhalten
wir einige Millionen Rubidiumatome bei einer Verstimmung von 0,7 nm
und 100 µK Fallentiefe.
Um die Wechselwirkung zu studieren, untersuchen wir die Intensität
des Resonatorlichts der beiden Moden in Transmission und Reflexion.
Dabei beobachten wir atomzahlabhängige Schwingungen im kHz-Bereich.
Wir vergleichen die Ergebnisse mit theoretischen Arbeiten [1].
Im nächsten Schritt sollen dann kollektive Schwingungen der gefangenen Atome mittels Ramanpulsen angeregt werden, die als Bus für quantenlogische Operationen genutzt werden können [2].
[1] M.Gangl and H.Ritsch, Phys. Rev. A 61, 043405 (2000)
[2] A. Hemmerich, Phys Rev. A 60, 943 (1999)
Q 9.3 Mo 14:30 F107
From antibunching to bunching in cavity QED — •M. Hennrich,
A. Kuhn, and G. Rempe — Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Germany
The photon statistics of light reveals whether it originates from a classical thermal or coherent source or from a quantum source like a single
atom. These sources can be distinguished by their intensity correlation
function, g (2) (τ ), which exhibits bunching for thermal light, is flat for
coherent radiation, or shows antibunching for non-classical light. Here,
we investigate the properties of light emitted from a fluctuating number
of atoms coupled to a single mode of a high-finesse optical cavity and a
continuous-wave pump laser [1]. The laser and the cavity mode together
drive a Raman transition that generates photons in the cavity. At the
same time, a second laser is applied to pump the atoms back to their initial state. With two detectors monitoring all photons emitted from the
cavity, g (2) (τ ) is measured [2]. We observe a transition from antibunching
to bunching when increasing the number of atoms. We also discuss the
effect of atom-number fluctuations [3] on the photon statistics.
[2] Hanbury Brown and Twiss Proc. Roy. Soc. A242, 300 (1957)
[3] Carmichael et al. J. Phys. A 11, L121 (1978)
Raum: F107
Q 9.4 Mo 14:45 F107
Quantum interference of independently generated single photons — •T. Legero, T. Wilk, A. Kuhn, and G. Rempe — MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching, Germany
The feasibility of linear-optical quantum computation [1] depends on
the availability of a triggered source of indistinguishable single photons.
The source can be tested by performing a second-order interference experiment, where two single-photon wavepackets are superposed on a 50/50
beam splitter [2]. If the photons are indistinguishable, they both leave
the beam splitter in the same direction. Therefore the cross-correlation
of the photo currents of two detectors monitoring the two output ports of
the beam splitter vanishes for perfect overlap of the two photons, while
differences in the polarization, spatial, temporal or spectral mode of the
two photons lead to a non-vanishing cross-correlation.
We discuss an experiment where consecutive single-photon wavepackets from a cavity-QED source [3] interfere at the second beam splitter
of a Mach-Zehnder interferometer. One arm of the interferometer has a
1100 m long optical fiber to delay the photons in such a way that subsequently emitted photons overlap at the output beam splitter. Perfect
temporal overlap is obtained if the pulse rate of the source matches the
fiber length. First experimental results show a reduced cross-correlation,
as expected for indistinguishable photons.
[1] Knill et al. Nature 409, 46 (2001)
[2] Hong et al. PRL 59, 2044 (1987); Santori et al. Nature 419, 594 (2002)
Q 9.5 Mo 15:00 F107
Wave and particle features of single visible photons —
•Thomas Aichele, Val Zwiller, and Oliver Benson —
Humboldt-Universität zu Berlin, Inst. f. Physik, Hausvogteiplatz 5-7,
10117 Berlin
Sources for the generation of single photon states within a defined time
interval and with a high extraction efficiency are important devices for a
large range of quantum optics experiments and potential optical quantum
technology applications. In our experiment we study the photoluminescence (PL) of both InP and CdSe single quantum dots in a cryogenic
micro-PL setup.
We present time correlation measurements in a Hanbury Brown-Twiss
correlator under continuous and pulsed excitation, showing a very pronounced photon antibunching. For the pulsed case this demonstrates
single photon generation on demand. We have also observed the interference of a single photon with itself in a Michelson interferometer. This
gives us information about its linewidth and coherence time, which is
an important parameter for the possible application of single photons in
quantum information processing. From a more fundamental point of view
we observed the complementary particle and wave nature of individual
photons in a single experiment.
Q 9.6 Mo 15:15 F107
Vacuum-field level shifts in a single atom mediated by a single distant mirror — •Jürgen Eschner, Alex Wilson, Pavel
Bouchev, Ferdinand Schmidt-Kaler, Christoph Becher, and
Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck
It has been shown in [1] that a single distant mirror, adjusted to retroreflect the resonance fluorescence of a single trapped laser-driven Ba+
ion, causes enhanced and inhibited spontaneous decay of the excited
P1/2 state. In a new experiment we also observe the corresponding energy shift of the decaying level, i.e. the Lamb shift induced by the mirror.
We describe the dissipative and dispersive effect of the mirror on the Ba+
ion by an 8-level Bloch equation model, adjusted for the presence of the
mirror according to the theory in [2]. Good agreement is found between
the measured data and the calculations.
We also observe that at certain ratios of the laser intensities driving
the S1/2 to P1/2 and D3/2 to P1/2 transitions, the effect of the mirror on
the P1/2 state population vanishes, and the dispersive effect changes sign.
This feature is a consequence of the multi-level structure of the Ba+ ion
and arises through an interplay of modified decay and optical pumping.
[1] J. Eschner et al., Nature 413, 495 (2001).
[2] U. Dorner and P. Zoller, Phys. Rev. A 66, 023816 (2002).
Quantenoptik
Montag
Q 9.7 Mo 15:30 F107
Fock-Zustände und Phasendiffusion im Ein-Atom-Maser —
•Thomas Becker1 , Jozef Fülöp2 , Gabriele Marchi2 , Edgar
Umlauf2 , Linas Urbonas2 und Herbert Walther1,2 — 1 Sektion
Physik, Universität München, Am Coulombwall 1, 85748 Garching
— 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans Kopfermann Str. 1,
85748 Garching
Der Ein-Atom-Maser stellt ein einzigartiges System zur Realisierung
der kohärenten Wechselwirkung zwischen einzelnen Rydberg-Atomen
und einer Mode des Strahlungsfeldes dar. Die Wechselwirkung findet
dabei in einem supraleitenden Mikrowellenresonator höchster Güte(Q ∼
1010 ) statt. In diesem System können nichtklassische Strahlungsfelder
mit wohldefinierter Photonenzahl auf deterministische Weise erzeugt werden. In diesem Beitrag stellen wir neuartige Messverfahren vor, die
durch Einkoppelung eines zusätzlichen klassischen Feldes in den Resonator die Messung von Phaseneigenschaften des Feldes erlauben. Diese
Methode kann auch zu einer Rekonstruktion der Wigner-Funktion des
Feldzustandes verwendet werden. Darüberhinaus werden Möglichkeiten
diskutiert, durch Wechselwirkung mit dem Resonatorfeld Korrelationen
zwischen verschiedenen Atomen zu erzeugen. In diesem Zusammenhang
wird auch die Erzeugung verschränkter Atome erörtert, wobei es auf diese
Art möglich ist, eine große Zahl von Atomen zu verschränken.
Q 9.8 Mo 15:45 F107
Decoherence of a continuously driven ”Schrödinger cat in cavity
QED — •Pavel Lougovski1 , Berthold-Georg Englert1,2 , Enrique Solano1,3 , and Herbert Walther1 — 1 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik,Hans-Kopfermann-Strasse 1, 85748 Garching, Germany — 2 Department of Physics , National University of Singapore, 2
Science Drive 3, Singapore 117542 — 3 Sección Fı́sica, Depto. de Ciencias,
Pontificia Universidad Católica del Perú, Apartado 1761, Lima, Peru
We study the dissipative dynamics of a continuously driven
”Schrödinger cat atom-field state in cavity QED systems [1]. Our model
consists of a lossy cavity coupled to a two-level atom which is driven by
a strong external resonant field. We show that the atom-field dynamics
arising from the competition between the pumping and decoherence processes yield, unexpectedly, a completely solvable model. Even though,
the steady-state is diagonal in the atom-field density matrix, we find
that the continuous pumping decreases the typical decay rate of the offdiagonal terms. These results apply to the microwave as well as to the
optical regime. [1] E. Solano, G. S. Agarwal, and H. Walther, to be
published in Phys. Rev. Letters (quant-ph/0202071).
Q 10 Symposium Nichtlineare Optik
Raum: F142
Q 10.1 Mo 14:00 F142
Abstracts: siehe Programm vom Symposium Nichtlineare Optik — • —
Q 11 Festkörperlaser 1
Q 11.1 Mo 14:00 E001
Kompakter Nd:YVO4 Laser für Beschriftungsanwendungen —
•Stephan Strohmaier1 , Susanna Orlic1 , Markus Nate2 und
Hans J. Eichler1 — 1 TU Berlin Optisches Institut Str. des 17. Juni
135 D-10623 Berlin — 2 TRUMPF Laser Marking Systems AG Ausserfeld
CH-7214 Grüsch
Leistungsfähige Laserdioden als Pumpquellen für Festkörperlaser
ermöglichen hohe Wirkungsgrade und gute Strahlqualität.
Die
schmalbandige Emission einer Laserdiode kann gut auf das Absorptionsmaximum des aktiven Mediums abgestimmt und damit ein hoher
optisch-optischer Wirkungsgrad erreicht werden.
Ein kompakter diodengepumpter Laser mit aktiver Güteschaltung für
industrielle Markieraufgaben wurde mit folgenden Eigenschaften entwickelt:
- Kompakte Baugrösse von 100mmx200mmx65mm
- Komplett luftgekühlt
- Hoher optisch-optischer Wirkungsgrad bis 60 % bei 2,3 W
Laserleistung
- Mittlere Ausgangsleistung bis ca. 2,3 W
- Strahlqualität: M2 < 1,5
- Aktive Güteschaltung bei 10 bis 100 kHz Wiederholfrequenz
- Pulslänge 10-25 ns
Q 11.2 Mo 14:15 E001
Charakterisierung kristalliner (Eu,Nd):Y2 O3 -Schichten auf
α-Al2 O3 -Substraten — •Philipp Burmester1 , Takugo Ishii1 ,
Lutz Rabisch1 , Günter Huber1 , Malte Kurfiß2 und Meinhard
Schilling3 — 1 Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg —
2
Institut für Angewandte Physik, Universität Hamburg — 3 Institut
für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, TU
Braunschweig
In dieser Arbeit werden das epitaktische Wachstum von α-Y2 O3 Schichten auf α-Al2 O3 -Substraten mittels PLD und EBV sowie die optischen Eigenschaften Seltenerd dotierter Schichten vorgestellt. Mittels
XRD wird nachgewiesen, dass unter geeigneten Prozessparametern kristallines Wachstum des kubischen α-Y2 O3 in [111]-Richtung auf hexagonalem α-Al2 O3 (0001) möglich ist. Die spektroskopische Charakterisierung
der 4f–4f-Übergänge des Dotierungsions Eu3+ zeigt, dass die lokale Sym-
Raum: E001
metrie des Eu3+ -Zentrums in kristallinen Y2 O3 -Schichten mit der Symmetrie im Volumenkristall identisch ist. Allerdings wird in Abhängigkeit
vom Herstellungsprozess die Ausbildung einer amorphen Grenzschicht
zum Substrat beobachtet, die sich in stark verbreiterten Spektren äußert.
Europiumionen in der Grenzschicht induzieren Störstellen, an denen Exzitonen gebunden werden, welches in einer Rotverschiebung der Spektren
der Exzitonen resultiert. Zudem wird eine sehr starke, breitbandige blaue
Lumineszenz beobachtet, die als Emission eines Exziton-artigen Zustandes aus einem quasi-freien Elektron und einem Eu3+ interpretiert wird,
der nach Anregung eines Eu2+ Ions an der Grenzschicht entsteht. Schließlich wird Wellenleitung in Nd-dotierten Y2 O3 -Schichten nachgewiesen.
Q 11.3 Mo 14:30 E001
Photophysikalische Charakterisierung und Lasertätigkeit
dünner Filme aus 4-Methyl-TPD Molekülen und 4-MethylTPD - MEH-PPV Copolymeren — •Wolfgang Holzer1 ,
Reji Philip2 , Alfons Penzkofer1 , Hartwig Tillmann3 und
Hans-Heinrich Hörhold3 — 1 Institut II - Experimentelle und
Angewandte Physik, Universität Regensburg, Universitätsstrasse 31,
D-93053 Regensburg — 2 Raman Research Institute, C. V. Raman
Avenue, Sadashivanagar, Bangalore 560 080, India — 3 Institut für
Organische Chemie and Makromolekulare Chemie der Universität Jena,
Humboldtstrasse 10, D-07743 Jena
Wanderwellenlasertätigkeit in Dünnfilmwellenleitern (ca. 200 nm dick
auf Glas) aus dem Triphenylamindimer 4-Methyl-TPD und einem Copolymer aus 4-Methyl-TPD und MEH-PPV (TPD(4M)-MEH-P-PPV) wurde untersucht. Lasertätigkeit wurde erreicht durch transversales Pumpen
(Wellenlänge 347.15 nm, Pulsdauer 35 ps, Pumpquerschnitt 5 mm mal
0.19 mm). Die Laserwellenlänge ist 422 nm für 4-Methyl-TPD und 544
nm für TPD(4M)-MEH-P-PPV. Die Laserschwelle liegt bei 190 nJ für
4-Methyl-TPD und bei 100 nJ für TPD(4M)-MEH-P-PPV. Die Fluoreszenzquantenausbeuten sind 0.26 für 4-Methyl-TPD Filme und 0.49 für
TPD(4M)-MEH-P-PPV Filme. Fluoreszenzlebensdauern von 0.29 ns für
4-Methyl-TPD Filme und 0.81 ns für TPD(4M)-MEH-P-PPV Filme wurden gemessen. Die Chromophorgröße ist ca. 4 Moleküle bei 4-MethylTPD Filmen und ca. 2 Wiederholeinheiten bei TPD(4M)-MEH-P-PPV
Filmen.
Quantenoptik
Montag
Q 12 Nichtlineare Femtosekunden-Effekte (gemeinsam mit MO)
Raum: E001
Q 12.1 Mo 15:00 E001
Investigation of the electron plasma generation during the optical breakdown of femtosecond laser ablation — •Cristian
Sarpe-Tudoran, Andreas Assion, Matthias Wollenhaupt,
Christian Horn, Marc Winter, and Thomas Baumert — Universität Kassel, Fachbereich Physik, Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132 Kassel
The application of ultrafast lasers for high-quality material processing
is an exciting field that has grown rapidly in the past few years. The use
of femtosecond laser pulses is especially interesting for transparent media
and nanostructuring. It is generally accepted that in the beginning of the
laser induced breakdown a high density free electron plasma is created
by multiphoton absorption and avalanche ionization, whereas the first
becomes dominant in the femtosecond regime. But still the creation of
the electron plasma and the ablation mechanism with femtosecond pulses
is not completely understood. In this work we investigate the electron
plasma dynamics in the early stage of formation by transient reflection
spectroscopy techniques during the optical breakdown. In a collinear
pump-probe set-up a high intensity ultrashort laser pulse creates the free
electrons and a time delayed weak one is reflected by the plasma. By analyzing the back reflected spectrum the breakdown threshold and the rise
and decay characteristic times of the high density plasma are obtained.
Additionally, by means of laser induced breakdown spectroscopy we are
able to determine the ablation efficiency. First experimental results are
presented and will be discussed.
Q 12.2 Mo 15:15 E001
Femtosekunden
LIBS
(Laser
induced
breakdown
Spectroscopy)-Mikroskopie — •Andreas Assion, Matthias Wollenhaupt, Lars Haag, Fedor Maiorov, Marc Winter,
Ulrich Kutschera und Thomas Baumert — CINSaT Universität
Kassel Heinrich-Plettstrasse 40 34132 Kassel
In jüngster Zeit wurden verschiedene nichtlineare Mikroskopieverfahren entwickelt. Die Vorteile der nichtlinearen Mikroskopie lassen sich an
drei Punkten erläutern. 1. Das Detektionslicht wird nur im Laserfokus erzeugt, so dass eine dreidimensionale Abbildung der Probe erfolgt.
2. Neue Kontrastmechanismen können eingesetzt werden, um gleichzeitig strukturelle und funktionale Informationen abzubilden. 3. Die
Auflösung ist nicht beugungsbegrenzt. Mit den bisherigen Techniken ist
jedoch keine elementspezifische Abbildung von Spurenelementen mit hoher räumlicher Auflösung möglich. Wir stellen ein neuartiges Konzept
vor, wobei die Femtosekunden-Lasertechnik mit der Mikroskopietechnik
und der Laser induced breakdown Spectroskopie (LIBS) kombiniert wird.
Die Femtosekunden-LIBS Mikroskopietechnik ermöglicht die dreidimensionale Abbildung von Spurenelementen in biologischen Proben. Die
Konzentration kann hierbei im Bereich einiger millimol sein, wobei eine extrem hohe longitudinale Auflösung im Bereich < 100 nm erzielt
werden kann. Dies wird anhand erster experimenteller Ergebnisse zur
dreidimensionalen Abbildung von gebundenen Ca2+ -Ionen in der pheripheren Zellwand von Pflanzenstengeln dargelegt. Abschliessend wird der
funktionale Einfluss der Ca2+ -Ionen Verteilung für das Pflanzenwachstum
diskutiert.
Q 12.3 Mo 15:30 E001
Neutronen und MeV Ionenpulserzeugung durch ultraintensive
Femtosekunden Laserpulse — •Stephan Busch, S.Ter Avetisyan, Matthias Schnürer, P.V. Nickles und W. Sandner — MaxBorn-Institut, Max-Born-Straße 2a, 12489 Berlin
Die effiziente Erzeugung von Protonen und Neutronen mit MeVEnergien mit Hilfe von ultrakurzen (35fs) und hochintensiven Laserpulsen sind neuartige Zielstellungen in der Laser-Materie-Wechselwirkung
Physik.
Wir haben Wasser-Mikrodroplets mit Ti:Sa Laser Pulsen bei Intensitäten I > 1019 W/cm2 bestrahlt und Elektronen, Ionen und NeutronenVerteilungen mittels Mehrkanal-Messtechnik (4-Thomson-Spektrometer
und Neutron TOFs) untersucht. Die Resultate lassen erkennen, dass
im Gegensatz zu bekannten Ergebnissen mit ebenen Folien-Targets, im
kleinen sphärischen Targetvolumen ein Elektronenconfinement stattfindet. Die energetischen Elektronen bauen Felder auf, die eine effiziente Beschleunigung der Ionen bewirken und durch eine cut-off Energie
charakterisiert ist. Die räumliche Ausbreitungscharakteristik, sowie die
Energieabhängigkeit der Ionenpulse von deren Ladung, werden vorgestellt und diskutiert.
Q 12.4 Mo 15:45 E001
A novel Kerr Shutter Design for Femtosecond Fluorescence
Spectroscopy — •Bernhard Schmidt, Stefan Laimgruber, and
Peter Gilch — Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, Oettingenstr. 67, D-80538 München, Germany
Conventionally, fluorescence spectroscopy in the femtosecond regime
relies on the up-conversion technique. In the recent years the optical
Kerr shutter has gained importance in the field. Here, a novel Kerr setup with a high optical through-put and very low time zero dispersion (∼
200 fs through out the visible spectrum) is presented. It comprises two
Cassegranians to collect the fluorescence light and focus it onto a Kerr
medium and two thin film polarisers to extinguish the fluorescence light.
In combination with a spectrometer coupled to a CCD camera the setup delivers spectrally resolved fluorescence decay profiles in very short
aquisition times (∼ 5 min).
Q 13 Quantencomputer
Q 13.1 Mo 16:30 F102
Quantum computation with cold atoms in an optical lattice —
•Juan Jose Garcia-Ripoll and Juan Ignacio Cirac — M. P. I. für
Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str, 1, Garching b. München, D-85748
In this talk we analyse an implementation of quantum computing using atoms confined in optical lattices. These systems have interesting
features for computation: redundancy due to the large number of atoms
which can be trapped, low temperatures and relatively slow decoherence.
However, the same setups pose also important experimental challenges,
such as being able to load the lattice with one atom per site or being
able to measure the interaction and tunneling constants of these systems
with high accuracy. These obstacles, together with the uncertainties in
the atom-laser interaction, must be overcome to implement current proposals for quantum computing with neutral atoms.
We will analyse a way that solves the above mentioned problems and
provides a very high gate fidelity even when most of the parameters
describing the atomic ensemble (number of atoms per lattice site, tunneling rate, Rabi frequencies, etc) cannot be adjusted to precise values,
and even have uncertainties of the order of the parameters themselves.
Our method [1] combines the technique of adiabatic passage with ideas of
quantum control theory. Basically, the experimental parameters which
Raum: F102
govern the system are adiabatically or abruptly in order to produce a
controlled change in the system, while avoiding spurious dynamical and
geometrical phases.
[1] Garcı́a-Ripoll, J. J., Cirac, J. I., Phys. Rev. Lett. (submitted).
arXiv:quant-ph/0208143.
Q 13.2 Mo 16:45 F102
Quantum information processing with spatially delocalized
qubits — •Kai Eckert1 , Jordi Mompart1,2 , Wolfgang Ertmer3 , Gerhard Birkl3 , and Maciej Lewenstein1 — 1 Institut
für theoretische Physik, Universität Hannover, Appelstrasse 2, 30167
Hannover, Germany — 2 Departament de Fı́sica, Universitat Autònoma
de Barcelona, 08193 Bellaterra, Spain — 3 Institut für Quantenoptik,
Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany
We analyse quantum computation with neutral atoms in optical microtraps [1] and propose the implementation of a qubit which is delocalized
in space, i.e., each qubit consists of two separated trapping potentials
and a single neutral atom. The computational basis states are defined
through the presence of the atom in the ground state of one out of the
two traps. Within this scheme we discuss the implementation of single
qubit gates and of a controlled phase gate between two qubits.
Quantenoptik
[1] R. Dumke, M. Volk, T. Muether, F.B.J. Buchkremer, G. Birkl, and
W. Ertmer, Phys. Rev. Lett. 89, 097903 (2002).
Q 13.3 Mo 17:00 F102
Quantum Information Processing with Atoms in Microfabricated Optical Elements — •Michael Volk1 , Falk Scharnberg1,2 , Rainer Dumke1 , Tobias Müther1 , Wolfgang Ertmer1 ,
and Gerhard Birkl1 — 1 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, Germany — 2 Centre for Atom
Optics and Ultrafast Spectroscopy, Swinburne University of Technology,
Hawthorn, VIC 3122, Australia
We present the application of micro-optical elements to quantum information processing with atoms and discuss the advantages and the
potential of this new approach.
We experimentally investigate a scalable system of registers for
atomic qubits based on multiple far-detuned dipole traps created by
two-dimensional arrays of microfabricated lenses [1]. Each trap is
individually addressable, different or identical internal states can be
prepared, manipulated, and retrieved for the atoms in the individual
potential wells. By changing the optical configuration, two sets of trap
arrays can be created with variable separation. The two sets can be
brought close to each other or even made to overlap. We discuss the
potential for storing and manipulating qubits inscribed into atoms, as
well as for implementing various schemes for quantum entanglement
and two- or multiple-qubit gates.
[1] R. Dumke, M. Volk, T. Müther, F.B.J. Buchkremer, G. Birkl, and
W. Ertmer, Phys. Rev. Lett. 89, 097903 (2002).
Q 13.4 Mo 17:15 F102
Towards fault-tolerant quantum computation with the oneway quantum computer — •Robert Raussendorf, Benedict
Neuburger, and Hans Juergen Briegel — Theoretische Physik,
Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen
The one-way quantum computer [1] is a scheme of universal quantum
computation that uses a specific entangled state, the cluster state, as its
central physical resource. The entire computation consists of a sequence
of one-qubit projective measurements on that state.
We state our result that the one-way quantum computer can be made
fault-tolerant if a network nquantum computer with next-neighbour gates
can. The error bounds obtained in this way are, however, very tight.
Thus, though this result is of theoretical interest, practically implementable fault-tolerance is rather unlikely to be achieved by simulating quantum logic networks with next-neighbour gates on the one-way
quantum computer. More promising techniques will be outlined.
[1] R. Raussendorf and H.J. Briegel, PRL 86, 5188 (2001).
Q 13.5 Mo 17:30 F102
Implementation of the Deutsch-Josza algorithm on an ion-trap
quantum — •Gavin Lancaster1 , Stephan Gulde1 , Mark Riebe1 ,
Christoph Becher1 , Jürgen Eschner1 , Hartmut Häffner1 ,
Ferdinand Schmidt-Kaler1 , Isaac Chuang2 , and Rainer
Blatt1 — 1 Institut für Experimentalphysik,6020 Innsbruck,Austria —
2
MIT Media Lab,Cambridge,MA 02139,USA
The question as to whether a coin is fair (both sides are different)
or false (both sides are the same) normally requires two observations,
i.e. a look on both sides. If, however, the coin can be represented in a
quantum mechanical manner and operated on by a quantum processor,
only one observation is necessary to answer this question. The associated
algorithm which exploits quantum coherence to outperform its classical
counterpart for this particular problem is known as the Deutsch-Josza
algorithm [1]. We present the experimental implementation of this algorithm using the electronic and motional states of a single, cooled and
trapped 40 Ca+ -ion as qubits [2]. A series of laser pulses on the S1/2 –
D5/2 -transition at 729 nm are used to manipulate the states of the ion
while a novel method of compensating induced AC-Stark shifts allows
us to map and control the optical phases of the pulses precisely. Upon
completion of the pulse sequence, interogation of the electronic excited
state population yields the solution to our problem.
[1] D. Deutsch et al., Proc. R. Soc. London A 439, 553 (1992).
Montag
[2] S. Gulde et al., Nature 421 (2003).
Q 13.6 Mo 17:45 F102
Experimentelle Erzeugung und Charakterisierung von Quantenkanälen — •T. Hannemann, W. Neuhauser und Ch. Wunderlich — Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Jungiusstr.9, 20355 Hamburg
Ein Quantenkanal beschreibt die Propagation eines Qubits zwischen
Präparation und Messung. Seine Wirkung auf den Bloch-Vektor ~s des
Qubits kann allgemein als affine Transformation ~s 0 = M~s + ~v ausgedrückt werden [1]. Die Parameter dieser affinen Transformation lassen
sich experimentell bestimmen [2] und im vorgestellten Experiment gezielt
einstellen.
Hier wird das Qubit durch die Hyperfein-Niveaus eines in einer PaulFalle gespeicherten 171 Yb+ -Ions dargestellt. Es wird durch Mikrowellenstrahlung der Frequenz 12,6 GHz kohärent manipuliert und sein Zustand
durch Streuung von Laserlicht der Wellenlänge 369 nm zustandsselektiv
detektiert.
Das Qubit wird benutzt, um verschiedene Quantenkanäle zu erzeugen
und in ihrer Wirkung zu charakterisieren: die zeitliche Propagation mit
den dem Experiment inhärenten Störungen, ein polarisationsdrehender
Quantenkanal, phasendämpfende Quantenkanäle, sowie ein kombinierter
Quantenkanal aus Phasendämpfung und Polarisationsdrehung. Die experimentell bestimmten Parameter der untersuchten Quantenkanäle werden
mit theoretischen Modellen verglichen.
[1] Fujiwara und Algoet, Phys. Rev. A 59, 3290 (1999)
[2] M. A. Cirone, A. Delgado, D. G. Fischer, M. Freyberger, H. Mack
und M. Mussinger, arXiv:quant-ph/0108037
Q 13.7 Mo 18:00 F102
Kohärente optische Anregung des S1/2 -D5/2 Übergangs in Ba+
— •A. Keil, K. Abich, A. Braun, W. Neuhauser, P.E. Toschek
und Ch. Wunderlich — Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Jungiusstr. 9, 20355 Hamburg
Für die Quanten-Informationsverarbeitung werden nahezu relaxationsfreie Zwei-Niveausysteme (Qubits) benötigt. Das metastabile D5/2 Niveau mit einer Lebensdauer von 32s in 138 Ba+ gemeinsam mit dem
elektronischen Grundzustand S1/2 erfüllt diese Voraussetzung. Wir demonstrieren die kohärente optische Anregung des elektrischen Quadrupolübergangs S1/2 -D5/2 von elektrodynamisch gespeicherten 138 Ba+ Ionen anhand von Rabi-Oszillationen mit einer Frequenz von 71.4kHz. Als
Lichtquelle dient ein optisch parametrischer Oszillator bei einer Wellenlänge von 1762nm.
Die Aufnahme und Analyse von Anregungs- und Emissionsspektren
der Bewegungsseitenbänder der E2-Resonanz eines einzelnen 138 Ba+ -Ions
erlaubt zum Einen Rückschlüsse auf seine Temperatur, und zum Andern
die gezielte Einstellung der Ionenfallen-Parameter im Hinblick auf die
Verwirklichung bedingter Quantendynamik mit Hilfe der Bewegungsmoden.
Q 13.8 Mo 18:15 F102
Quantized Stark-Shifts and Implementation of a Novel Type
of Quantum Gate — •Mark Riebe, Stephan Gulde, Gavin
Lancaster, Christoph Becher, Jürgen Eschner, Hartmut
Häffner, Ferdinand Schmidt-Kaler, and Rainer Blatt —
Institut für Experimentalphysik, 6020 Innsbruck, Austria
Our measurements probe the comparably small AC Stark shifts induced by off-resonant coupling to a motional sideband of the 729 nm
S1/2 –D5/2 -transition of a single trapped 40 Ca+ -ion [1]. This light shift
is proportional to the motional quantum number n, i.e. the harmonic
oscillator level in which the trapped ion is prepared. We have prepared
the motional Fock states |ni = |0i, |1i, |2i and |3i and measured the corresponding quantized AC Stark shifts. The ability to induce well defined
state dependent level shifts allows us to implement a universal quantum
gate in the 2-qubit computational space composed by the ion’s electronic
and motional degree of freedom. Thereby only the dispersive effect of the
level shifts are employed, without peforming any population transfers.
[1] H. Häffner et. al., physics/0212040 .
Quantenoptik
Montag
Q 14 Quantengase 2
Q 14.1 Mo 16:30 F303
Kohärenter zustandsselektiver Transport von Atomen in optischen Gittern — •Artur Widera1,2 , Markus Greiner1,2 , Olaf
Mandel1,2 , Tim Rom1,2 , Alexander Altmeyer1,2 , Theodor W.
Hänsch1,2 und Immanuel Bloch1,2 — 1 Sektion Physik der Universität München — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Wir stellen ein Verfahren vor, das es erlaubt, Atome in einem optischen Gitter kohärent zustandselektiv zu verschieben und über mehrere
Gitterplätze zu delokalisieren.
Ausgangspunkt ist eine Mott-Isolator Phase von 87 Rb Atomen im Dipolpotential eines 3D optischen Gitters. Durch Mikrowellenübergänge
können zwei Niveaus der Grundzustands-Hyperfeinstruktur von 87 Rb
kohärent gekoppelt, sowie beliebige kohärente Überlagerungen aus diesen Zuständen erzeugt werden. Durch Drehung der linearen Polarisation eines Gitterlaserstrahls werden Atome zustandsselektiv in einer Dimension verschoben. Dadurch ist es uns gelungen, Atome über mehrere
Gitterplätze kontrolliert zu delokalisieren. Die Kohärenz der delokalisierten Wellenpakete wird in einem Interferenzexperiment sichtbar gemacht.
Mit diesem Werkzeug ist es möglich, benachbarte Atome in verschiedenen Hyperfeinzuständen kontrolliert wechselwirken zu lassen und so beispielsweise einen hochverschränkten Vielteilchenzustand zu erzeugen[1],
der Voraussetzung für Quantencomputing Schemata, Quantensimulationen oder Quantentransport-Untersuchungen ist.
[1] Vortrag von Olaf Mandel
Q 14.2 Mo 16:45 F303
Kontrollierte kohärente Stöße in optischen Gittern — •Olaf
Mandel1,2 , Markus Greiner1,2 , Artur Widera1,2 , Tim Rom1,2 ,
Alexander Altmeyer1,2 , Theodor W. Hänsch1,2 und Immanuel
Bloch1,2 — 1 Sektion Physik der Universität München — 2 Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, Garching
In einem optischen Gitter werden kontrollierte Wechselwirkungen zwischen einzelnen Atomen an verschiedenen Gitterplätzen realisiert. Die
kohärente Dynamik des Gesamt-Systems der Atome wird untersucht.
Durch Mikrowellenpulse werden kohärente Überlagerungen von zwei
Hyperfeinzuständen einzelner Atome in einem 3D optischen Gitter hergestellt. Durch Verschieben eines zustandsselektiven Gitters werden diese
Hyperfeinzustände gegeneinander bewegt[1]. So können nächste Nachbarn in Kontakt gebracht werden und durch die kohärenten Stöße zwischen beiden kommt es zu einer bedingten Phasenentwicklung der Atome.
Diese führt zu einer Verschränkung des Vielteilchensystems.
Zur Untersuchung dieser Verschränkung wird jedes einzelne Atom auf
zwei Gitterplätze delokalisiert, so daß ein Doppelspalt-MateriewellenInterferenzmuster entsteht. Die durch die kohährenten Stöße verursachte
Vielteilchen-Dynamik in der Verschränkung der Atome führt nun zu einem Verschwinden und Wiederauftauchen des Interferenzmusters. Diese
Techniken eröffnen neue Perspektiven für die Quantensimulation komplexer festkörperphysikalischer Systeme, wie z. B. dem Heisenberg-Modell.
Auch die Erzeugung maximal verschränkter Zustände erscheint im Rahmen der Quanteninformationsverarbeitung vielversprechend.
[1] Vortrag von Artur Widera
Q 14.3 Mo 17:00 F303
Wire traps - a way to a Bose-Einstein Condensate — •Ch. vom
Hagen, A. Kasper, M. Rückel, St. Schneider, Th. Straßel,
L. Feenstra, and J. Schmiedmayer — Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg, Germany
Surface mounted wire traps, or atom chips, combine the advantages
of extremely tight and versatile traps and guides for cold atoms and
Bose-Einstein Condensates, with the well established techniques of the
microfabrication of mechanically stable and reproducible devices. In our
experiment we use wire traps in a two-layer set up, which combines ‘large
scale’ micro traps with our atom chips. Here we use both a macroscopic
copper structure, as well as gold wires on a silicon substrate.
We describe our experimental apparatus in detail where these traps
are implemented and Bose-Einstein Condensation has been reached. We
also put strong emphasis on the modelling of the used trapping geometries. An exact model of the potential landscape above an atom chip is
a necessary tool for performing complex experiments in various microtraps and guides. To achieve this we employ a finite element algorithm
which allows us, as a first step, to calculate the current densities in our
Raum: F303
wires, wether copper or gold. Based on these results we compute the resulting trapping potentials. This we found essential to correctly interpret
our experimental results, and to be a useful tool for designing new chip
layouts.
Acknowledgements: atom chip: R. Folman (design); Weizmann Institute of Science, Israel (fabrication). Funding: DFG (SCHM 1599/2-1),
EU (ACQUIRE), A.v.Humboldt Stiftung (LF)
Q 14.4 Mo 17:15 F303
A Bose-Einstein Condensate in an Atom Chip — •A. Kasper,
Ch. vom Hagen, M. Rückel, St. Schneider, Th. Straßel, L.
Feenstra, and J. Schmiedmayer — Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg, Germany
In this talk we present the successful creation of a Bose Einstein condensate (BEC) in a magnetic micro trap. In the setup we use a twolayered structure to generate the magnetic traps: one layer is based on
‘large scale’ (mm) micro traps (an H-shaped copper structure) enabling
U-(quadrupole) and Z-(Ioffe-Pritchard) traps, by simply addressing different ports of the H-structure. The second layer is the atom chip, where
the main experiments will take place. We want to point out that the
atom chips for different experiments can be exchanged without changing the loading, trapping and cooling procedure in the H-structure, as
this setup gives us the possibility to create a BEC close to, but independent of the surface (atom chip). The experimental procedure leading
to the BEC in the H-structure is described in detail. The BEC and its
properties in this structure are studied. First experiments investigating
excitations of the BEC are presented. Next the transfer of the BEC from
the H-structure to the atom chip is shown in detail. Furthermore, we
study the trap properties and the BEC on the atom chip. Acknowledgements: atom chip: R. Folman (design); Weizmann Institute of Science,
Israel (fabrication). Funding: DFG (SCHM 1599/2-1), EU (ACQUIRE),
A.v.Humboldt Stiftung (LF)
Q 14.5 Mo 17:30 F303
Kohärenzzeiten von Atomen in Chipfallen — •Tilo Steinmetz,
Philipp Treutlein, Peter Hommelhoff, Rémi Delhuille, Theodor W. Hänsch und Jakob Reichel — MPI für Quantenoptik und
Sektion Physik der Universität München
Seit die Bose-Einstein-Kondensation in magnetischen Chipfallen experimentell demonstriert wurde, hat diese neue Methode weite Verbreitung gefunden: In mehr als einem Dutzend Labors weltweit sind nun
Chip-BEC-Experimente in Betrieb oder im Aufbau. Eine der wichtigsten offenen Fragen betrifft derzeit die Wechselwirkung der Atome
mit der Chipoberfläche bei Abständen z < 100 µm. Während über
die Kondensatlebensdauer τ1 (z) bereits erste Messungen vorliegen, sind
Kohärenzzeiten bisher noch nicht gemessen worden. Wir verwenden
hierfür zwei verschiedene Systeme: Überlagerungszustände von magnetischen Unterzuständen ((F = 1, m = −1) und (F = 2, m = 1) bei 87 Rb)
und magnetisch aufgespaltene Kondensate. Solche Experimente liefern
die Randbedingungen für magnetische Interferometer und Quantengatter
auf dem Chip.
Q 14.6 Mo 17:45 F303
Wellenleiter für Bose-Einstien Kondensate an magnetischen
Mikrofallen — •Sebastian Kraft, Andreas Günther, József
Fortág, Herwig Ott und Claus Zimmermann — Physikalisches
Institut der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 72076
Tübingen
Magnetische Mikrofallen erlauben aufgrund ihres flexiblen Designs eine Vielzahl an experimentellen Anordnungen. Die grundlegendste davon
ist ein Wellenleiter. In diesem Vortrag werden Experimente an BoseEinstein Kondensaten in Wellenleitern vorgestellt. Abhängig vom Abstand der Falle zur Oberfläche der Mikrostruktur zeigen sich verschiedene
Effekte: Bei oberflächennahen Fallen erzeugt der Strom im Kupferleiter
ein zum Leiter paralleles Magnetfeld, dessen Stärke sich längs des Leiters
periodisch ändert. Dadurch ergibt sich eine räumliche Strukturierung
des Wellenleiters und eine langestreckte Atomwolke zerbricht in mehrere Teile. Bei wachsendem Abstand wird dieser Effekt schwächer. In
oberflächenfernen Fallen untersuchen wir die Dynamik von Kondensaten. Dazu koppeln wir gefangene Kondensate in einen Wellenleiter aus.
Dies kann passiv geschehen durch ein Absenken des longitudinalen Ein-
Quantenoptik
Montag
schlusses oder aktiv mit Hilfe eines Raman-Lasers. Wir präsentieren den
aktuellen Stand der Experimente.
Q 14.7 Mo 18:00 F303
Loading of a cold atomic beam into a magnetic guide —
•Christian Roos, Philippe Cren, Thierry Lahaye, Jean
Dalibard, and David Guéry-Odelin — Laboratoire Kastler Brossel,
Ecole normale supérieure, Paris
A spectacular challenge in the field of Bose-Einstein condensation consists in the achievement of a continuous beam operating in the quantum
degenerate regime. For this purpose, a non-degenerate, but already slow
and cold beam of particles, is injected into a magnetic guide where transverse evaporation is going to take place. If the elastic collision rate is large
enough, efficient evaporative cooling can lead to quantum degeneracy at
the exit of the guide.
In this talk, we present the loading of a slow and cold beam of 87 Rb atoms
into a magnetic guide. A two-dimensional magneto-optical trap is used
to produce an intense beam of slow atoms that are recaptured in a second
trap which combines a moving molasses with transverse confinement. Its
purpose consists in further reducing the beam’s velocity, in cooling the
atoms and in injecting them into a magnetic guide. This trap provides
a continuous flux larger than 109 atoms/s with an adjustable mean velocity ranging from 0.3 to 3 m/s, and with longitudinal and transverse
temperatures smaller than 100 µK. Up to 3 × 108 atoms/s are injected
into the guide and subsequently guided over a distance of up to 2.2 m.
Q 14.8 Mo 18:15 F303
Bose-Einstein condensation in a double well potential — •M.
Kemmann, T.G. Tiecke, Ch. Buggle, I. Shvarchuck, W. von
Klitzing, and J.T.M. Walraven — FOM Institute for Atomic and
Molecular Physics (AMOLF), Kruislaan 407, 1098 SJ Amsterdam, The
Netherlands
We realized Bose-Einstein condensation (BEC) in a purely magnetic
double well potential.
We create these potentials by overcompensating the offset field B0 of
a standard Ioffe-Pritchard (IP) trap to produce two field zeros on the
trap axis. By further adding a rotating bias field perpendicular to the
trap axis the configuration is transformed into a double time orbiting
potential (double TOP) trap [1]. The separation of the two wells is variable as well as the trapping frequencies and aspect ratios. This allows to
investigate weakly coupled condensates. It was found to be possible to
switch back to a single harmonic trapping potential without destroying
the condensates. This causes the condensates to collide with an energy
that depends on the separation of the two TOPs, allowing to explore the
high energy excitations of the condensates.
Another possibility is to change the radial confinement from a circularly symmetric to an ellipsoidal form. This can be used to drive vortices
or shape oscillations of Bose-condensed clouds.
[1] N.R. Thomas, A.C. Wilson, and C.J. Foot, Phys. Rev. A 65, 063406
(2002).
Q 15 Pulserzeugung XUV/EUV/x-ray
Q 15.1 Mo 16:30 F107
Investigations on XUV recombination laser schemes in Li —
•Michael Born, Lothar Koch, Carsten Reinhardt, Valeri
Vorontsov, and Bernd Wellegehausen — Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
With a short pulse titanium sapphire laser we ionize a lithium ablation plasma to Li3+ (hydrogen-like ion). By recombination , population
inversion between the 3d → 2p levels in Li2+ may be obtained resulting
in XUV radiation at 72.9 nm. Investigations to optimize plasma parameters for maximum line intensity will be presented.
The lithium ablation plasma, which is generated by a ns Nd:YAG laser
pulse, contains lithium atoms, clusters and particles. Therefore different
ionization mechanisms contribute to the production of Li3+ ions and to
the plasma conditions.
Q 15.2 Mo 16:45 F107
Investigations on Charge Exchange XUV-laser schemes — •V.A.
Vorontsov1,2 , I.F. Shaikhislamov2 , M. Born1 , L. Koch1 , B.N.
Chichkov1 , and B. Wellegehausen1 — 1 Institut für Quantenoptik,
Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, Germany —
2
Institute of Laser Physics, pr. Lavrentyeva 13/3, Novosibirsk, 630090
Russia
In the present work charge-exchange pumping as possible mechanism
for XUV–lasing is investigated. For basic studies the well-known reaction
C 4+ +H → C 3+ +H + has been chosen. C 4+ ions are produced by fs–laser
ablation of a carbon target. The ablation plasma interacts with a pulsed
gas jet close to the target. The experimental set up allows to study the
process at high densities (above 1016 cm−3 ) of the particles, which is
necessary for XUV lasing purposes. Obtained results bear strong evidence that selective charge-exchange pumping of C 3+ ions (n = 3 levels)
was indeed observed. The line intensities leading to the emissions from
n = 3 to n = 2 (31.2 nm, 38.4 nm, 42.0 nm) at distance ≈ 1 mm from
the target and density of H2 gas jet above 1016 cm−3 exceed the initial
recombination pumping by more than 3 times. Comparison of ns, ps and
fs laser pulse ablations shows that the effect of the gas jet is stronger for
the shorter pulses. In preliminary experiments with the Al 2 O 3 target at
the same conditions a dramatic order of magnitude increase in intensity
of the 2p-3d (λ = 23.8 nm) and 2p2 − 2p3s (λ = 37.4 nm) transitions of
O3+ and O2+ ions respectively is observed.
Raum: F107
Q 15.3 Mo 17:00 F107
Erzeugung hoher Harmonischer in Wasser-Mikrotröpfchen —
•Dominik Walter, Axel Flettner, Thomas Pfeifer, Carsten
Winterfeldt, Markus Müller, Thomas Sokollik und Gustav
Gerber — Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland,
97074 Würzburg, Germany
Wir untersuchen die Wechselwirkung von intensiven ultrakurzen Laserpulsen (Ti:Sa, 80 fs, ≈ 1014 W/cm2 , 800 µJ, 800 nm, 1 kHz) mit
Wasser-Mikrotröpfchen. Im Experiment konzentrieren wir uns dabei im
speziellen auf die Frequenzkonversion (Erzeugung hoher Harmonischer).
Harmonisches Signal bis zur mindestens 27. Ordnung wird registriert
bei der Verwendung eines starken Vorpulses, während für einen einzelnen Laserpuls dagegen verschwindend wenig (nicht messbar für harmonische Ordnungen größer 5) Signal beobachtet wird. Die Abhängigkeit
der Konversionseffizienz vom zeitlichen Abstand der beiden Pulse wird
präsentiert. Zusätzlich enthalten die aufgenommenen Spektren geradzahlige Harmonische mit Effizienzen vergleichbar derer der benachbarten
Harmonischen ungerader Ordnung.
Q 15.4 Mo 17:15 F107
Theoretische Untersuchung zur Optimierung der Erzeugung hoher Harmonischer in biatomaren Molekülen — •Thomas Pfeifer1 , Dominik Walter1 , Alexander M. Sergeev2 und Gustav
Gerber1 — 1 Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany — 2 Institute of Applied Physics RAS,
46 Ulyanov St., 603950 Nizhny Novgorod, Russia
Wir untersuchen die Erzeugung hoher Harmonischer in homonuklearen biatomaren Systemen. Die Simulation beruht auf numerischer Integration der zeitabhängigen 2-dimensionalen Schrödingergleichung. Als
Modellsystem dient das H+
2 -Ion. Für verschiedene fixierte Kernabstände
wurde jeweils die Konversionseffizienz berechnet, wobei sich ein optimaler Kernabstand feststellen lässt, der größer als der Gleichgewichtsabstand ist. Dies wird verständlich durch stärkere Delokalisierung der
Wellenfunktion des Elektrons. In der Konsequenz ergibt sich eine höhere
Konversionseffizienz bei der Verwendung von längeren Erzeugungspulsen
im Gegensatz zum atomaren System, in dem möglichst kurze Pulse zu
stärkerer Konversion in harmonische Strahlung führen. Dazu wurde in
einer klassischen Näherung die Kernbewegung integriert.
Quantenoptik
Montag
Q 15.5 Mo 17:30 F107
Charakterisierung einer Hohen Harmonischen Quelle, basierend auf einem Toroidgittermonochromator — •Rolf Früke1 ,
Grigorios Tsimilis2 , Marek Wieland1 , Ulrich Vogt1 , Jörg
Kutzner2 , Helmut Zacharias2 und Thomas Wilhein1 —
1
RheinAhrCampus Remagen, Fachhochschule Koblenz, Südallee 2,
D-53424 Remagen — 2 Westfälische Wilhelms-Universität Münster,
Physikalisches Institut, Wilhelm-Klemm-Straße 10, D-48149 Münster
Quellen für Licht im extrem ultravioletten und weichen Röntgenbereich
finden ihren Anwendungsbereich z.B. in der Lithografie, Mikroskopie
und Spektroskopie. Die Emission Hoher Harmonischer stellt dabei eine Möglichkeit dar, diesen Spektralbereich im Labor zur Verfügung zu
stellen. Zur Anregung Hoher Harmonischer wird ein 1 kHz Ti:Saphir Lasersystem (∆τ =30 fs) verwendet. Für die Charakterisierung einer solchen
Quelle wurde die Anzahl der emittierten Photonen hinter dem Toroidgittermonochromator (600 Linien pro mm) und gemessen und die Strahlparameter bestimmt. Dies wurde für die Gase Argon und Neon als Quellmedium durchgeführt. Bei 13 nm Wellenlänge (Ne: 59. Harm.) wurde
die Abhängigkeit der Hohen Harmonischen von der Leistung des Anregungslasers gemessen und der Einfluß des Chirps auf die Strahlungsparameter untersucht. Detektiert wurde die Strahlung mit einer rückseitig
gedünnten XUV-CCD Kamera.
die Pulsstruktur der HH-Strahlung auch eine hohe Zeitauflösung im Bereich einiger fs, die als nächster Schritt mittels eines pump-probe-Aufbaus
im Experiment implementiert werden soll.
Q 15.6 Mo 17:45 F107
EUV-Mikroskopie biologischer Objekte bei 13nm Wellenlänge
— •Marek Wieland1 , Rolf Früke1 , Thomas Wilhein1 , Christian Spielmann2 und Ferenc Krausz3 — 1 RheinAhrCampus Remagen, Südallee 2, D-53424 Remagen — 2 Universität Würzburg, Physikalisches Institut EP1, Am Hubland, D-97074 Würzburg — 3 TU Wien,
Institut für Photonik, Gusshausstrasse 27, A-1040 Wien
Lichtoptische Verfahren wie Mikroskopie oder Interferometrie finden
zunehmend Anwendung auch bei kürzeren Wellenlängen im extrem Ultravioletten (EUV), weichen und harten Röntgenbereich. Neben Elektronenspeicherringen der 3. Generation als Strahlungsquellen sind diverse Laborquellenkonzepte entwickelt und umgesetzt worden, wie z.B.
die nichtlineare Frequenzkonversion ultrakurzer fs-Laserpulse in EUVStrahlung (Hohe Harmonische (HH)). Wir demonstrieren den Aufbau
und die Funktion eines EUV-Mikroskops bei 13nm Wellenlänge betrieben an einer solchen HH-Quelle. Mit kieselsäurehaltigen Diatomeen als
Testobjekte konnte eine räumlichen Auflösung von 200nm nachgewiesen
werden. Neben der bereits realisierten räumlichen Auflösung ermöglicht
Q 15.8 Mo 18:15 F107
Erzeugung ultrakurzer Röntgenpulse und Experimente
zur zeitaufgelösten Röntgenbeugung — •Andreas Morak,
Andrea Lübcke, Ingo Uschmann, Eckhardt Förster und
Roland Sauerbrey — Institut für Optik und Quantenelektronik,
Durch die Verwendung von Hochleistungslasern ist es heute möglich,
sehr intensive und ultrakurze Röntgenpulse zu erzeugen. Diese können
zur Untersuchung von Subpikosekunden Prozessen in Halbleitern, Proteinen und bei chemischen Reaktionen verwendet werden.
Es werden neuartige Messungen mit Hilfe des Borrmanneffektes in Quarzkristallen zur Bestimmung der Röntgenpulsdauer vorgestellt. Die gemessene Pulsdauer ist kleiner als 300 fs.
Desweiteren werden Untersuchungen zur Anregung von akustischen Phononen in Halbleitern präsentiert. Es zeigt sich, dass das durch einen
Femtosekundenlaserpuls erzeugte Elektron-Loch-Plasma einen grösseren
Beitrag zur Entstehung der akustischen Phononen liefert als die thermischen Effekte.
Q 15.7 Mo 18:00 F107
Ultrafast hard x-ray source with high repetition rate based
on femtosecond laser pulse irradiated audio cassette tapes —
•Jörg Kutzner, Michael Hagedorn, Grigorios Tsilimis, and
Helmut Zacharias — Physikalisches Institut, Westfälische WilhelmsUniversität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 10, D-48149 Münster
An ultrashort hard x-ray point source of high repetition rate (1 kHz)
is presented based on commercial chrome dioxide audio cassette tapes
and ultrashort pulses of a Ti:sapphire laser. Hard x-ray emission is
observed on the irradiated foil side as well as in transmission providing a source with nearly 4π illumination. Spectroscopic investigations
show strong chrome Kα emission at hν = 5.41 keV in addition to a weak
bremsstrahlung continuum. Photon fluxes of 107 Cr Kα photons/sec are
generated with 30 fs, sub-millijoule laser pulses. The transmission geometry allows unrestricted access to the radiation source and ensures jitter
free conditions in time-resolved measurements. The low cost conversion
media with easy set-up make this source a promising tool for x-ray applications
Q 16 Nichtlineare Optik 2
Q 16.1 Mo 16:30 F142
Experimentelle Untersuchung der Instabilitätsbereiche in einem photorefraktiven Rückkopplungssystem — •Oliver Kamps,
Philip Jander und Cornelia Denz — Institut für Angewandte Physik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Corrensstr. 2/4, 48149
Münster, Deutschland
Wir untersuchen die spontane Enstehung transversaler Strukturen in
einem Einspiegel-Rückkopplungssystem mit photorefraktiver Nichtlinearität. Mit Hilfe einer linearen Stabilitätsanalyse [1] kann die Schwelle
für das Einsetzen der transversalen Modulationsinstabilität vorhergesagt
und jedem Satz von gegebenen Systemparametern, wie der photorefraktiven Kopplungsstärke und dem normierten Spiegelabstand, eine charakteristische transversale Wellenzahl zugeordnet werden.
Wir präsentieren detaillierte experimentelle Untersuchungen der Intabilitätsschwelle für einen weiten Bereich von Systemparametern. Um die instabilen transversalen Wellenzahlen zu bestimmen, werden Filtertechniken im Fourierraum eingesetzt. Die Resultate der experimentellen Untersuchungen werden mit den Vorraussagen der linearen Stabilitätsanalyse
und numerischen Simulationen verglichen.
Während für einen Teil des Parameterraumes eine gute Übereinstimmung
zwischen theoretischer Vorhersage und experimentellen Daten zu beobachten ist, weichen sie im Bereich der sogenannten multiple pattern region
[2] voneinander ab, was wiederum Rückschlüsse auf die grundlegenden
Systemeigenschaften zulässt.
[1] T.Honda, P. Banerjee, Opt Lett. 21, 779-781 (1996)
[2] M. Schwab, C. Denz, M. Saffman, Appl. Phys. B 69, 429-433 (1999)
Raum: F142
Q 16.2 Mo 16:45 F142
Periodische Domäneninversion in MgO:S-LiTaO3 zur Erzeugung von blauer 455 nm Strahlung — •S. Zelt, H. Fuchs, J.P. Meyn und R. Wallenstein — Universität Kaiserslautern, ErwinSchrödinger-Str., FB Physik, 67663 Kaiserslautern
Berichtet wird über die periodische, ferroelektrische Strukturierung von nahezu stöchiometrischem MgO:S-LiTaO3 (MgO:SLT).
Die Mikrostrukturierung ermöglicht eine quasi-phasenangepasste
Frequenzverdopplung von infraroter Laserstrahlung. Auf Grund seiner
Transparenz im nahen UV ist LiTaO3 geeignet zur Erzeugung von
kurzwelligem Laserlicht. Bisher benutztes kongruentes Lithiumtantalat
ist jedoch stark photorefraktiv.
Photorefraktive Effekte sind nur
zu vermeiden durch Kristalltemperaturen von mehr als 150 ◦ C. In
MgO:SLT ist die Photorefraktion wesentlich geringer [1]. Dieser Kristall
ermöglicht daher die effiziente Erzeugung von blauem Laserlicht selbst
bei Raumtemperatur.
In einer Corona-Entladung wurden in MgO:SLT homogene Domänen
mit Perioden von 4.85 µm erzeugt. In diesen Kristallen (Länge: 5 mm,
Dicke: 0,5 mm) wurde die 910 nm Strahlung eines cw-Diodenlaser-MOPA
Systems frequenzverdoppelt. Eine Laserleistung von 3,6 W lieferte blaues 455 nm Licht von 25 mW. Die Abweichung des daraus abgeleiteten
deff = 5, 52 pm/V vom theoretischen Wert (9,5 pm/V) wird verursacht
durch Inhomogenitäten in der Kristallstrukturierung und im räumlichen
Profil der MOPA-Strahlung.
[1] M. Nakamura, S. Takekawa, K. Terabe, K. Kitamura, T. Usami, K.
Nakamura, H. Ito, and Y. Furukawa, Tenth International Meeting on
Ferroelectricity (IMF-10) 273, 199 (2002)
Quantenoptik
Q 16.3 Mo 17:00 F142
Femtosekunden pump-probe Untersuchungen zur Bestimmung
des nichtlinearen Brechungsindexes optischer Materialien —
•Thomas Zentgraf, Sandra Börner, Ulrike Willer und Wolfgang Schade — Institut f ür Physik und Physikalische Technologien,
TU Clausthal
Die zeitaufgelöste Messung des nichtlinearen Brechungsindex erfolgt
mit der z-scan oder Selbstbeugungsmethode in einem Femtosekunden
pump-probe Experiment. Bei diesem Verfahren wird ausgenutzt, dass die
optischen Nichtlinearitäten in dem zu untersuchenden Material einen Linseneffekt induzieren. Dieser Linseneffekt bewirkt eine Verschiebung des
Probenstrahls, der zeitaufgelöst gemessen wird und liefert so Aussagen
über die Dynamik der Änderung des nichtlinearen Brechungsindex. Als
Proben werden neben TiO2 und CS2 bevorzugt ZnO und farbstoffdotierte
Polymerfilme hinsichtlich ihrer nichtlinearen Brechungsindexänderungen
untersucht. Erste Ergebnisse werden vorgestellt.
Q 16.4 Mo 17:15 F142
Berechnung des Raumladungsfeldes bei kohärenter Mehrstrahlkopplung in photorefraktivem BaTiO3 — •Daniel Bedau, Andreas Hermerschmidt und Hans Joachim Eichler — Optisches
Institut P1-1, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin
Die Überlagerung mehrerer zueinander kohärenter Strahlen führt zur
Ausbildung eines komplexen Interferenzmusters, welches in einem photorefraktiven Material zum Aufbau eines Raumladungsfeldes führt. Das
durch dieses Feld induzierte Volumengitter beugt dann die einfallenden
Lichtstrahlen so, daß ein Energieübertrag zwischen den Strahlen erfolgt.
Der geschilderte Prozeß bedeutet den simultanen Ablauf mehrerer
Zweiwellenmischungsprozesse im gleichen Kristallvolumen. Diese können
durch die gängigen Gleichungen zur Zweiwellenmischung nur unvollkommen beschrieben werden. Für Interferenzmuster, welche eine räumliche
Periodizität aufweisen, kann der Aufbau des Raumladungsfeldes und
des damit assoziierten elektrischen Feldes in Abhängigkeit von zwei
räumlichen Koordinaten berechnet werden. Damit sind bereits Aussagen zur Wechselwirkung der Strahlen untereinander möglich, indem die
Amplituden der induzierten Brechungsgitter verglichen werden. Das für
die Berechnungen erstellte und verwendete Berechnungsprogramm sowie
die Ergebnisse werden vorgestellt und mit experimentellen Beobachtungen verglichen.
Q 16.5 Mo 17:30 F142
Kontinuierliches Vier-Wellen-Mischen mit elektromagnetisch induzierter Transparenz im Bereich von Lyman-Alpha —
•Birgit Schatz, Peter Fendel, Matthias König, Anette Pahl,
Jochen Walz und Theodor W. Hänsch — Max-Planck-Institut
Die Konversionseffizienz von Vier-Wellen-Mischprozessen (FWM) kann
durch elektromagnetisch induzierte Transparenz (EIT) wesentlich verbessert werden. Bei Experimenten mit gepulsten Lasern wird die Erhöhung
der nichtlinearen Suszeptibilität durch eine Ein-Photonen-Resonanz bei
verringerter Absorption genutzt [1]. Mit kontinuierlichen Lasern konnten sowohl EIT [2] als auch FWM [3], aber noch nicht die Kombination
beider Prozesse, gezeigt werden.
Wir beabsichtigen, kontinuierliches FWM mit EIT zur Erzeugung von
Strahlung bei 121,56 nm in Quecksilber zu nutzen, um so die Ausgangsleistung unserer Lyman-Alpha-Quelle [4] für Experimente mit Antiwasserstoff weiter zu erhöhen. Theorie und der Stand des Experiments werden vorgestellt.
[1] J. C. Petch, C. H. Keitel, P. L. Knight, and J. P. Marangos, Phys.
Rev. A 53 543 (1996)
[2] J. Gea-Banacloche, Y. Q. Li, S. Z. Jin, and M. Xiao, Phys Rev A 51
576 (1995)
[3] R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J.
E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33 739 (1978)
[4] K. S. E. Eikema, J. Walz, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 86
5679 (2001)
Q 16.6 Mo 17:45 F142
Optische Phasenkonjugation in Ytterbium dotierten Faserverstärkern — •Axel Heuer, Christof Hänisch und Ralf
Menzel — Institut für Physik, Universität Potsdam, Am Neuen Palais
10, 14469 Potsdam
Montag
Seit langem werden Möglichkeiten erforscht, um die erforderliche
Pumpleistung für phasenkonjugierende Spiegel, die auf der stimulierten
Brillouin-Streuung beruhen, deutlich zu reduzieren. Eine sehr erfolgreiche Technik ist dabei die Verwendung von Multimode-Lichtleitfasern.
Mit sehr langen Fasern von mehreren Kilometern Länge, gelang es damit
die Schwelle unter einem Watt Lichtleistung zu senken. Diese erfordert
aber eine sehr hohe Kohärenz des Pumplichtes, wie sie für Lasersysteme mit optischer Phasenkonjugation meist nicht vorliegt. In aktiven
Faserverstärkern ist es nun möglich ähnlich geringe Schwellen auch bei
Faserlängen von wenigen Metern zu erzielen. Die von uns untersuchten
Faserverstärker waren mit Ytterbium dotiert und hatten einen aktiven
Kerndurchmesser von 50 µm. Die Faserlängen variierten zwischen 2 und
10 m. Die Fasern wurden mit einem Diodenlaser bei 940 nm gepumpt.
Als bestes Resultat konnte die Schwelle der Spitzenleistung auf nur 5 W
reduziert werden. Die maximale Reflektivität betrug 8000%.
Q 16.7 Mo 18:00 F142
XUV Fourier-transform spectroscopy with high order harmonics — •Milutin Kovacev1 , Enrico Priori2 , Yann Mairesse1 ,
Hamed Merdji1 , Patrick Monchicourt1 , Johan Norin3 , Anders
Person3 , Anne L’Huillier3 , Claes-Goran Wahlstrom3 , Sergey
Fomichev4 , Bertrand Carre1 , and Pascal Salieres1 — 1 CEASPAM, Gif-sur-Yvette Cedex, France — 2 Polytechnico, Milan, Italy —
3
Laser Center, Lund, Sweden — 4 Kurchatov Institute, Moscow, Russia
We have developed a new interferometric autocorrelation technique in
order to study the properties of harmonic generation in the XUV spectral
range. A high order autocorrelation of laser pulses is performed using two
time-delayed spatially-superposed laser pulses which generate high order
harmonics in a gas jet. We show an evolution to a first-order (field)
autocorrelation of the harmonics by spatially separating the two laser
beams, thus producing two independent phase-locked harmonic beams
that overlap and interfere in the far field. We have also simulated these
interferometric traces by calculating both the single-atom response and
the effect of beam propagation. Our measurements demonstrate the precise control of the relative phase of individual harmonic pulses with an
accuracy on an attosecond time scale. Moreover we demonstrate a first
order autocorrelation on high-order harmonics without relying on beam
optics in the XUV. This demonstrates the feasibility of XUV Fouriertransform spectroscopy and opens a wide range of applications.
Q 16.8 Mo 18:15 F142
Optischer Bildverstärker im ultravioletten Spektralbereich und
Implementierung in ein Mikromarkierungssystem — •Matthias
Rehs, Ralf Nicolaus, Jürgen Petter und Theo Tschudi — Institut für Angewandte Physik
Wir stellen einen rein optischen Bildverstärker im ultravioletten Spektralbereich bei 355 nm vor. Als Lichtquelle verwenden wir einen frequenzverdreifachten Nd:YAG Pulslaser mit einer Pulslänge im Nanosekundenbereich. Die Pulse werden in eine Pumpwelle mit ebener Phasenfront
und in eine energetisch schwächere Signalwelle, auf die die Bildinformation aufmoduliert wird, aufgeteilt. Beide Teilstrahlen werden kohärent in
einem Magnesium dotierten LiNbO3 -Kristall überlagert. Durch photorefraktives Zwei-Wellen-Mischen findet eine Amplitudenkopplung zwischen
beiden Strahlen statt, wodurch Energie auf die schwächere Signalwelle
übertragen wird.
Der kohärente Bildverstärker ist in ein Mikromarkierungssystem implementiert, bei dem die Bildinformation verkleinert und auf eine Oberfläche aufgeprägt wird. Bisher konnten wir eine optische Auflösung von
wenigen µm realisieren. Aufgrund der hohen erreichbaren Verstärkung
des optischen Signals können zum Aufmodulieren der Bildinformation
auf den Signalstrahl einfache kostengünstige Masken oder Amplitudenmodulatoren auf der Basis von Flüssigkristallzellen verwendet werden.
Quantenoptik
Montag
Q 17.1 Mo 16:30 E001
Passiv guetegeschaltete Yb3+-Tm3+-Faserlaser — •Peter
Adel, Mario Auerbach und Carsten Fallnich — Laser Zentrum
Hannover e.V. Hollerithallee 8, 30419 Hannover
Gepulste Lasersysteme erreichen im Vergleich zu kontinuierlichen Lasern wesentlich hoehere Spitzenleistungen. Daher eigenen sich diese Systeme besonders fuer Anwendungen in der nichtlinearen Optik oder in
der Beschriftungstechnik. Dabei benoetigen diese Anwendungen eine gute Strahlqualitaet, welche bei Faserlasersystemen mit Einmoden-Fasern
gewaehrleistet ist. Eine einfache Moeglichkeit, gepulste Laser zu realisieren ist die passive Gueteschaltung, bei der ein saettigbarer Absorber
in den Laserresonator eingebracht wird. Der Einbau dieser konventionellen Elemente erhoeht bei Faserlasersystemen jedoch die Komplexitaet
und erschwert die Realisierung eines kompakten und zuverlaessigen Systems. Durch die Verwendung einer Yb3+-Faser mit Tm3+-Kodotierung
konnte erstmals ein passiv guetegeschalteter Faserlaser realisiert werden,
bei dem der saettigbare Absorber in die Verstaerkerfaser integriert ist.
Die saettigbare Absorption basiert in diesem System auf die Tm3+Kodotierung. Dieses diodengepumpte Ringlasersystem erreichte Ausgangsleistungen von bis zu 2,4 W und Pulsenergien von bis zu 21,3 uJ
und eine minimale Pulsdauer von 1,1 us. Fuer dieses System wird der
Einfluss der Pumpleistung, der Faserlaeange, des Auskoppelgrades und
der Signalwellenlaenge auf den Laserbetrieb untersucht.
Q 17.2 Mo 16:45 E001
Nichtlineare Streuprozesse in aktiv-dotierten Quarzglasfasern
— •Mario Auerbach1 , Dieter Wandt1 , Carsten Fallnich1 ,
Sylvia Jetschke2 , Sonja Unger2 und Hans-Rainer Müller2 —
1
Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover —
2
Institut für Physikalische Hochtechnologie, Winzerlaer Straße 10, 07745
Jena
Im wellenleitenden Kern von Lichtleitfasern werden aufgrund der sehr
kleinen Abmessungen von wenigen Mikrometern sehr hohe Leistungsdichten von einigen MW/cm2 zu erreicht. Daraus resultieren intensitätsabhängige, nichtlineare Prozesse, die die Eigenschaften des durch
die Faser propagierenden Lichtes beeinflussen.
Bei Faserlasern, die aus einer Lichtleitfaser bestehen deren Kern eine aktive Dotierung enthält, wirken sich diese nichtlinearen Effekte entscheidend auf die Lasercharakteristika aus. Bereits bei kontinuierlich
emittierenden Faserlasern mit geringer Laserlinienbreite können derartige Effekte beobachtet werden. Dabei treten vor allem die stimulierte
Brillouinstreuung (SBS) und Ramanstreuung (SRS) in Erscheinung, die
sich negativ auf die Lasereigenschaften auswirken können.
Ausgehend von der Darstellung der Wirkungsweisen von SBS und SRS
werden Möglichkeiten zur Reduzierung der Leistungdichten im aktiven
Faserkern durch die Verwendung von Fasern mit großen Modenfelddurchmessern und Fasern mit neuartigen Dotierungsprofilen, die eine deutliche
Reduzierung der Leistungsdichte im Faserkern ermöglichen, vorgestellt.
Dabei wird die beugungsbegrenzte Strahlqualität gar nicht bzw. nur
minimal beeinflußt.
Q 17.3 Mo 17:00 E001
Hochleistungs-Faserlaser mit geringer Linienbreite und weitem
Abstimmbereich im nahen Infrarot — •Mario Auerbach, Peter Adel, Dieter Wandt und Carsten Fallnich — Laser Zentrum
Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover
Faserlaser sind hoch effiziente Strahlquellen, die sich aufgrund ihrer
großen Verstärkungsbandbreite hervorragend zur Erzeugung abstimmbarer Laserstrahlung eignen. Bisher demonstrierte Fasersysteme waren
entweder hinsichtlich des Abstimmbereiches, der Laserlinienbreite oder
der Ausgangsleistung limitiert. Mit einem ytterbiumdotierten FaserRinglaser im Einrichtungsbetrieb konnte erstmals eine hohe Ausgangsleistung in Kombination mit einer geringen Laserlinienbreite und einem
weiten Abstimmbereich erzielt werden.
Durch die Verwendung einer Doppelkern-Faser mit großem Modenfelddurchmesser konnten bis zu 10 W linear polarisierte und beugungsbegrenzte Laserstrahlung erzeugt werden. Darüber hinaus wurden optische Effizienzen von bis zu 85% in Bezug auf die absorbierte Pumpleistung erreicht. Mit Hilfe von resonatorinternen Beugungsgittern in
Littman-Littrow-Anordnung war die Laserwellenlänge über einen Bereich
von 24 THz (1032-1124 nm) abstimmbar. Die Laserlinienbreite betrug
Raum: E001
2,5 GHz bei maximaler Laserleistung und verringerte sich auf 300 MHz
für eine Laserleistung von 150 mW.
Bei geeigneter Wahl der Signal-Umlaufrichtung im Resonator konnte
eine Laseremission mit minimalem Anteil an verstärkter Spontanemission von weniger als 10−4 % an der Laserausgangsleistung erreicht werden.
Q 17.4 Mo 17:15 E001
Faserverstärker mit 100 W Ausgangsleistung für singlefrequency Strahlung — •Andreas Liem, Jens Limpert, Sven
Höfer, Holger Zellmer und Andreas Tünnermann —
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für angewandte Physik,
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Monolithische Ring-Laser können alle Anforderungen an Frequenzstabilität und Rauscheigenschaften für die Anwendung in Gravitationsdetektoren erfüllen, sind aber in der maximalen Ausgangsleistung auf einige
Watt limitiert. Um die benötigte Leistung von einigen hundert Watt
zu erreichen, dienen Multipass-Verstärker oder ein zweiter Injectiongelockter Laser, welche aber einen komplexen Aufbau bzw. elektronische
Kontrolle erfordern. Eine einfachere Methode stellt die Faserverstärkung
dar, die bisher unter Verwendung von Singlemode Fasern durch nichtlineare Effekte wie stimulierte Brilliounstreuung in der Ausgangsleistung
beschränkt sind. Durch die Verwendung einer Large-Mode-Area (LMA)
Faser konnte diese Limitierungen in unserem Experiment überwunden
werden. Hierzu wurde Nichtplanarer Ring-Oszillator (NPRO) mit einer Ausgangsleistung von 2 W bei 1064 nm in einer 9.4 m langen LMA
Faser (Kern 27.8 µm) verstärkt. Das maximale Ausgangssignal von 100
W wurde mit einem Polarisationsgrad von 82 % und beugungsbegrenzter
Strahlqualität (M 2 = 1.1) charakterisiert. Unterschiede in den Rauscheigenschaften des Lasers gegenüber dem verstärkten Signal konnten allein
der Pumpquelle zugeordnet werden. Es werden Möglichkeiten diskutiert
die Ausgangsleistung in Bereiche > 200 W zu erhöhen.
Q 17.5 Mo 17:30 E001
Kohärente Kopplung von Faserverstärkern — •Sven Höfer,
Holger Zellmer, Jens–Peter Ruske und Andreas Tünnermann
— Friedrich–Schiller–Universität Jena, Institut für Angewandte Physik,
Max–Wien–Platz 1, 07743 Jena
Optische Faserverstärker in MOPA–Systemen sind ein sehr vielversprechendes Konzept zur einfachen und kompakten Realisierung von ultrastabilen Strahlungsquellen mit hohen Ausgangsleistungen im Bereich
über 100 W bei beugungsbegrenzter Strahlqualität. Nichtlineare Effekte
begrenzen aber die Skalierung einzelner Verstärker. Die kohärente Kopplung überwindet dieses Problem durch den parallelen Einsatz mehrerer
Verstärker.
In unserem Experiment verwenden wir einen Mach–Zehnder–Aufbau
zur Kopplung je zweier Verstärker, die sich in den Armen des Interferometers befinden. Als Signalquelle setzen wir einen monolithischen Ringlaser
(NPRO) mit Emission bei 1064 nm ein. Die 20 m lange Doppelkernfaser in jedem Verstärker besitzt einen D–förmigen Pumpkern mit 400 µm
Durchmesser. Die Geometrie des Yb–dotierten Kerns mit 10 µm Durchmesser bei einer NA von 0,08 gewährleistet den Verstärkerbetrieb in der
Grundmode. Die Phasendifferenz zwischen zwei Verstärkern wird dabei
durch eine Regelelektronik mittels thermo- und elektrooptischer Phasenmodulatoren für langsame und schnelle Phasenvariationen korrigiert.
Durch die Strahlvereinigung am Spiegel bleibt die beugungsbegrenzte
Strahlqualität der Verstärkerfasern erhalten. Koppeleffizienzen im Bereich um 95% konnten bei stabilem Betrieb erreicht werden. Details zur
Verstärkung und Regelung werden vorgestellt.
Q 17.6 Mo 17:45 E001
Rauscheigenschaften von gesättigten Doppelkern-Faserverstärkern — •Peter Weßels und Carsten Fallnich — Laser Zentrum
Hannover e.V., Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
In den letzten Jahren ist der Bedarf für leistungsstarke, rauscharme
Lichtquellen stark gestiegen. Faserverstärker bieten die Möglichkeit, in
einem einfachen Aufbau die Strahlung eines einfrequenten, rauscharmen
Seedlasers auf hohe Leistung zu skalieren.
Im Verstärkungsprozess wird dem Signal sowohl durch technische Einflüsse als auch durch intrinsische Quantenprozesse Zusatzrauschen hinzugefügt. In dem vorgestellten Ytterbium-Faserverstärkersystem mit einer
Quantenoptik
Montag
Ausgangsleistung bis zu 11 W wird das Amplituden- und Phasenrauschen
im niederfrequenten Bereich unter 100 kHz von Pumplichtfluktuationen
dominiert. Im hochfrequenten Bereich (> 1 MHz) wird durch die Quasi3-Niveau-Struktur des Yb-Ions Zusatzrauschen bis zu 6 dB hervorgerufen.
Gerade im Hochleistungsbereich ist es jedoch schwierig, Rauschpegel
nachzuweisen, die nahe dem Schrotrauschen liegen. Wir präsentieren
elektrische und optische Messmethoden im Vergleich, um qualitative und
quantitative Aussagen über das Rauschverhalten eines Verstärkers zu
treffen.
Die Forschung wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 407.
Q 17.7 Mo 18:00 E001
Tm:LuAG Laser als Master Oszillatoren für ein LIDAR-System
— •Karsten Scholle, Ernst Heumann und Günter Huber —
Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Jungiusstr. 9A, 20355
Hamburg, Germany
Tm:LuAG Laser sind im Bereich um 2 µm besonders gut geeignet
als Master Oszillatoren für Doppler-LIDAR-Systeme, da die freie Wellenlänge mit 2023 nm (Tm:YAG 2013 nm) sehr nahe an einem atmosphärischen Transmissionsfenster liegt.
Wir zeigen einen im Rahmen des Projektes IWAKE als Master Oszillator für ein Airborn LIDAR System entwickelten Single Mode Tm:LuAG
Laser, der bei 788 nm mit einer Laserdiode angeregt wird. Durch einen
speziellen Aufbau wird ein 4-facher Durchgang des Anregungslichtes erreicht, so dass ein nur 400 µm dicker Laserkristall verwendet werden
kann. In den verwendeten konfokalen Resonator muss daher nur ein 125
µm dickes Etalon integriert werden um stabilen Single Mode Laserbetrieb zu erreichen. Bei 815 mW Anregungsenergie konnten so 130 mW
Ausgangsleistung im Multimode Betrieb und 51 mW im Single Mode
Betrieb erreicht werden. Langzeitstabiler Einfrequenz-Laserbetrieb soll
mit diesem Laser durch eine aktive Stabilisierung des Resonators erreicht
werden.
Auch Tm,Ho dotierte Kristalle, die bei 2,1 µm emittieren, werden im
Rahmen des Projektes untersucht.
Q 17.8 Mo 18:15 E001
Frequenzkonversion
hoher
Durchschnittsleistung
eines
Oszillator-Verstärker-Systems mit Phasenkonjugation —
•Thomas Riesbeck und Hans Joachim Eichler — Optisches
Institut, TU-Berlin, Str. des 17. Juni 135, 10623 Berlin
Gepulst betriebene Festkörperlaser sind ausgezeichnete Quellen für die
Frequenzkonversion. Die zur Verfügung gestellte Pulsspitzenleistung dieser Systeme ist die Grundlage für eine effiziente Frequenzverdopplung, an
die sich weitere Stufen der Frequenzvervielfachung anschließen können.
Bei den vorgestellten Experimenten wird ein Oszillator-VerstärkerSystem auf der Basis von Nd:YALO mit je zwei Verstärkerpumpkammern
in einer parallelen Anordnung verwendet, das mit einer mittleren Repetitionsrate von 2 kHz betrieben wird. Um die beugungsbegrenzte Strahlqualität des Oszillators bei der Verstärkung zu erhalten, werden Glasfasern als phasenkonjugierende Spiegel eingesetzt. Phasenstörungen des
Laserstrahls nach dem ersten Verstärkerdurchlauf, werden nach der Reflexion an diesen Spiegeln in einem zweiten Durchlauf ausgeglichen. Dadurch ist es möglich, eine Ausgangsleistung von 315 W bei einer guten
Strahlqualität (M 2 ¡ 2,6) zu erreichen [1]. Die Frequenzverdopplung der
Grundwelle erfolgt in einem KTP Kristall, der für Phasenanpassung Typ
II geschnitten ist. Im Experiment wurde eine mittlere Ausgangsleistung
von 124 W bei einer Wellenlänge von 540 nm erreicht.
[1] T. Riesbeck, E. Risse und H. J. Eichler, Applied Physics B (Laser
and Optics) Vol 73 (2001).
Q 18.1 Di 14:00 F102
Estimating the post-measurement state — •Thomas Konrad1 ,
Jürgen Audretsch1 , and Lajos Diósi2 — 1 Fachbereich Physik Uni
Konstanz — 2 Research Institute for Particle and Nuclear Physics, Budapest, Hungary
We study generalized measurements (POVM measurements) on a single d-level quantum system which is in a completely unknown pure state
and derive the best estimate of the post-measurement state. The mean
post-measurement estimation fidelity is obtained and related to the operation fidelity of the device. This illustrates how the information gain
about the post-measurement state and the corresponding state disturbance are mutually dependent. The connection between the best estimates of the pre- and post-measurement state is established and interpreted. For pure generalized measurements the two states coincide. The
talk is based on e-print quant-ph/0210205
Q 18.2 Di 14:15 F102
A group theoretical approach to quantum state estimation —
•Michael Keyl — Inst. Math. Phys., TU-Braunschweig
In [M. Keyl, R. F. Werner, PRA 64 (2001) 052311] a measurement
scheme was proposed, which operates on N systems, all prepared according to the same density operator ρ, and which approximately yields the
spectrum of ρ. In this talk we show how this scheme can be generalized to
get an estimation strategy for the full density matrix. The construction
is (as the original proposal) based on representation theory of unitary
and symmetric groups. We analyze the large deviation behaviour of the
estimators (i.e. the decay of error probabilities as N → ∞) and ask
whether (and in which sense) the scheme is optimal.
Q 18.3 Di 14:30 F102
Infinitely entangled states — •Dirk Schlingemann, Michael
Keyl, and Reinhard F. Werner — Institut für Mathematische
Physik, TU-Braunschweig
For states in infinite dimensional Hilbert spaces entanglement quantities like the entanglement of distillation can become infinite. This leads
naturally to the question, whether one system in such an infinitely entangled state can serve as a resource for tasks like the teleportation of
arbitrarily many qubits. We show that appropriate states cannot be
Raum: F102
obtained by density operators in an infinite dimensional Hilbert space.
However, using techniques for the description of infinitely many degrees
of freedom from field theory and statistical mechanics, such states can
nevertheless be constructed rigorously. We explore two related possibilities, namely an extended notion of algebras of observables, and the use of
singular states on the algebra of bounded operators. As applications we
construct the essentially unique infinite analogue of maximally entangled
states, and the singular state used heuristically in the fundamental paper
of Einstein, Rosen and Podolsky.
Q 18.4 Di 14:45 F102
Entanglement Gauge and Non-Abelian Geometric Phase
for Photonic Qubits — •Karl-Peter Marzlin1 , Stephen
Bartlett2 , and Barry C. Sanders2 — 1 Universität Konstanz —
2
Macquarie University, Sydney
We introduce the entanglement gauge describing the combined effects
of local operations and nonlocal unitary transformations on bipartite
quantum systems. The entanglement gauge exploits the invariance of
nonlocal properties for bipartite systems under local (gauge) transformations. This new formalism yields observable effects arising from the
gauge geometry of the bipartite system. In particular, we propose a nonAbelian gauge theory realized via two separated spatial modes of the
quantized electromagnetic field manipulated by linear optics. In this linear optical realization, a bi-partite state of two separated spatial modes
can acquire a non-Abelian geometric phase.
Q 18.5 Di 15:00 F102
Entanglement concentration of Gaussian quantum states —
•Stefan Scheel1 , Jens Eisert2 , Daniel E. Browne1 , and Martin
B. Plenio1 — 1 Quantum Optics and Laser Science, Blackett Laboratory, Imperial College London, Prince Consort Road, London SW7 2AZ,
UK — 2 Universität Potsdam, Institut für Physik, An Neuen Palais 10,
14469 Potsdam
Entangled Gaussian states form a particularly interesting class of
continuous-variable quantum states in that they can be generated rather
easily and in that they can be used in various quantum information processing tasks. As any other entangled states, they suffer from decoherence and entanglement degradation and the question of distillation or
Quantenoptik
Dienstag
entanglement concentration naturally arises. Recently it has been shown
that Gaussian operation alone are not sufficient to implement a distillation protocol for Gaussian quantum states. However, it is not clear
which essentially non-Gaussian operations have to be added to achieve
this task. In this talk we will be mainly concerned with entanglement
concentration using Procrustean methods, in particular photon-counting,
that can be implemented with present-day technology. The protocols are
based on measurement-induced nonlinearities that are inherent in conditional state-preparation schemes. As a particularly useful application
we show how to generate finite-dimensional entangled states from weakly
entangled Gaussian states which may serve as the fundamental step in a
distillation protocol for Gaussian quantum states.
Q 18.6 Di 15:15 F102
Entanglement transformations of pure Gaussian states — •Jens
Eisert1,2 , Géza Giedke3,4 , Ignacio Cirac3 , and Plenio Martin2
— 1 Institut für Physik, Universität Potsdam, Am Neuen Palais 10, D14469 Potsdam — 2 Blackett Laboratory, Imperial College, Prince Consort Road, SW7 2BW London — 3 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Straße 1, D-85748 Garching — 4 4. Physikalisches
Institut, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart
We present a theory of entanglement transformations of Gaussian pure
states with local Gaussian operations and classical communication. This
is the experimentally accessible set of operations that can be realized
with optical elements such as beam splitters, phase shifts and squeezers,
together with homodyne measurements. We provide a simple necessary
and sufficient condition for the possibility to transform a pure bipartite
Gaussian state into another one. We contrast our criterion with what is
possible if general local operations are available.
Q 18.7 Di 15:30 F102
Zur Charakterisierung von reinen Gaußschen Dreiparteienzuständen — •Otfried Gühne1 , Geza Giedke2 und Maciej
Lewenstein1 — 1 Institut für Theoretische Physik, Universität
Hannover, Appelstr. 2, D-30167 Hannover — 2 4. Physikalisches
Institut, Universität Stuttgart,Pfaffenwaldring 57, D-70550 Stuttgart
Unter den Zuständen in unendlichdimensionalen Hilberträumen spielen die Gaußschen Zustände eine herausragende Rolle. Wir untersuchen
reine Gaußsche Dreiparteienzustände in denen jede Partei je eine Mode besitzt. Wir zeigen, wie die Korrelationsmatrix durch lokale Transformationen vereinfacht werden kann. Ferner wird untersucht, welche
Zustäende ineinander überführt werden können.
Q 18.8 Di 15:45 F102
Quantifying the Entanglement of Gaussian States — •Geza
Giedke1,2 , Michael Wolf3,1 , Reinhard F. Werner3 , and J. Ignacio Cirac1 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching —
2
4. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart — 3 Institut für Mathematische Physik, TU Braunschweig
We introduce an entanglement measure for general Gaussian states
that can be easily computed and is non-zero for entangled states with
positive partial transpose. We calculate the entanglement of formation
for two-mode Gaussian states. We relate these measures to concrete
quantum information tasks.
Q 19 Fallen und Kühlung 2
Q 19.1 Di 14:00 F303
Dipolfalle für einzelne Atome — •Markus Weber1 , Jürgen
Volz1 , Karen Saucke1 , Christian Kurtsiefer1 und Harald Weinfurter1,2 — 1 Sektion Physik der LMU München —
2
Einzelne Atome und Ionen sind die Grundlage für viele Anwendungen in der Quantenoptik und Quanteninformation. Optische Dipolfallen eröffnen dabei eine einfache Möglichkeit, einzelne Atome mit langen
Grundzustandskohärenzzeiten zu fangen und zu manipulieren[1][2]. In
unserem Experiment werden einzelne Rubidium-87 Atome aus einer optischen Melasse in eine Dipolfalle geladen. Mit Hilfe eines ausserhalb des
Vakuums befindlichen konfokalen Mikroskops wird der Dipolfallenlaser
(λ = 856 nm, P = 50 mW) auf einen minimalen Strahldurchmesser von
7 µm (Fallentiefe 2 mK) fokussiert und das von den Atomen ausgesandte Fluoreszenzlicht aufgesammelt. Anhand einer Hanbury-Brown-TwissMessung wurde die Photonenstatistik dieses Fluoreszenzlichts ermittelt.
Das beobachtete Anti-bunching bestätigt, dass nur einzelne Atome in der
Dipolfalle beobachtet werden. Ein Blockademechanismus beim Laden der
Falle führt dazu, dass nur einzelne Atome gefangen werden. Durch diesen
Effekt eignet sich diese Falle sehr gut zur Erzeugung und Untersuchung
eines verschränkten Atom-Photons-Zustands.
[1] N. Schlosser et. al., Nature 411, 1024-1027 (2001)
[2] S. Kuhr et. al., Science 293, 278 (2001)
Q 19.2 Di 14:15 F303
Towards Deterministic Control of Atom-Cavity Coupling —
•S. Nußmann, M. Hijlkema, B. Weber, F. Rohde, A. Kuhn,
and G. Rempe — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching, Germany
Cavity QED is an interesting testing ground to study basic phenomena of quantum mechanics and finds applications in quantum information
processing. Recently, we have demonstrated an atom-cavity system that
acts as a deterministic single-photon source [1,2]. The only practical limitation of this setup comes from the atoms, which are falling through the
cavity. This leads to randomly distributed atom-cavity interaction-time
intervals of short duration. Therefore, we conceived a new setup with the
goal to increase the control over the atom(s) in the optical cavity, using
atom-cooling and trapping techniques. Starting from a magneto-optical
trap (MOT), atoms are loaded into a dipole trap which runs horizontally
and is oriented perpendicular to the cavity axis with the focus between
MOT and cavity. Atoms oscillate in this trap, and as they reach the
cavity location after half a period, they are loaded into a tightly focused
Raum: F303
standing-wave dipole trap [3] with its focus in the cavity. With this
scheme, it should be possible to create a register of single atoms, each
trapped in a single potential well. We will present first results demonstrating the atom transport, and we will discuss ideas on subsequent
cooling of the atoms.
[1] A. Kuhn, M. Hennrich and G. Rempe, PRL 89, 067901 (2002).
[2] M. Hennrich et al., PRL 85, 4872-4875 (2000).
[3] S. Kuhr et al., Science, 293, 278 (2001).
Q 19.3 Di 14:30 F303
Coherent manipulation of single atoms in a dipole trap — •Igor
Dotsenko, Stefan Kuhr, Wolfgang Alt, Dominik Schrader,
Yevhen Miroshnychenko, Wenjamin Rosenfeld, Mkrtych
Khudaverdyan, Victor Gomer, Arno Rauschenbeutel, and
Dieter Meschede — Institut für Angewandte Physik, Wegelerstr. 8,
53115 Bonn
The controlled manipulation of neutral atoms and their use in quantum computing require long coherence times. Here we report on coherent
manipulation of single trapped Cs atoms and study of decoherence mechanisms.
Driving microwave transitions between hyperfine levels performs coherent manipulation of the trapped cesium atoms. This enables us to
create well-defined hyperfine state superpositions and to measure the coherence times by means of Ramsey and spin echo techniques. The decay
of Ramsey fringes corresponds to inhomogeneous dephasing while the decay of spin echo contrast shows irreversible or homogeneous dephasing.
The corresponding irreversible dephasing time is on the order of 100 ms.
Our standing-wave dipole trap will soon serve to deterministically move
the atoms into a high-finesse cavity. To study how transport affects
the coherence properties we have performed spin echo measurements, in
which we transported the atoms between the microwave pulses. These
measurements prove the preservation of atomic coherence during transport.
Q 19.4 Di 14:45 F303
Continuous observation of a single atom in a far-detuned dipole
trap in cavity-QED — •I. Schuster, P. Maunz, T. Puppe,
P.W.H. Pinkse, and G. Rempe — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
In the strong-coupling regime, a single atom placed in a high-finesse
cavity can substantially alter the transmission of the resonator. This effect allows for continuous observation of the atom inside the cavity. The
Quantenoptik
Dienstag
dipole force of the near-resonant probe field has a significant influence
on the motion of a cold atom and can be used to catch and trap a single atom in the cavity [1]. However, the storage time is limited due to
spontaneous scattering of photons.
We now combine the near-resonant light field used to observe the atom
with a far-detuned light mode of the cavity to trap the atom [2]. This
trapping scheme strongly extends the storage time of a single atom, permitting us to continuously observe the oscillation of an individual atom
in both axial and radial directions.
[1] P.W.H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature, 404,
365 (2000). C.J. Hood, T.W. Lynn, A.C. Doherty, A.S. Parkins, and
H.J. Kimble, Science, 287, 1147 (2000).
[2] J. Ye, D.W. Vernooy, and H.J. Kimble Phys. Rev. Lett., 83, 4987
(1999).
Q 19.5 Di 15:00 F303
Towards cavity-mediated cooling of a trapped atom — •P.
Maunz, I. Schuster, T. Puppe, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe —
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748
Garching, Germany
A single atom localised in the mode of a high-finesse cavity is a highly
interesting system. For example it allows one to investigate the dynamics of a continuously observed quantum system. Moreover, fascinating
applications in quantum-information processing and quantum computing are expected. However, the experimental realisation of this system is
extremely challenging.
Previous experiments succeeded in trapping a single atom in the fardetuned mode of a cavity [1]. However the storage time is short and
limited by heating from fluctuations of the intracavity light field. But, using the velocity-dependent forces predicted for a strongly-coupled atomcavity system [2], it should be possible to cool the motion of the atom
in the cavity. Extending the work of [3], where heating from velocitydependent forces was observed, we now investigate cavity-mediated cooling for extending the storage time of a single atom in the cavity.
[1] J. Ye, D.W. Vernooy, and H.J. Kimble, Phys. Rev. Lett., 83, 4987
(1999).
[2] P. Horak, G. Hechenblaikner, K.M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch,
Phys. Rev. Lett., 79, 4974 (1997).
[3] P. Münstermann, T. Fischer, P. Maunz, P.W.H Pinkse, and G. Rempe,
Phys. Rev. Lett., 82, 3791 (1999).
Q 19.6 Di 15:15 F303
Very far detuned intra-cavity dipole trap — •Marc Eichhorn,
Marcel Mudrich, and Matthias Weidemüller — MPI für Kernphysik, 69029 Heidelberg
We present a new quasi-electrostatic trap for cold atoms. The optical
dipole potential is formed by the standing wave inside the resonator of a
CO2 laser (λ = 10.6 µm). The field enhancement of the cavity provides a
laser power of a few kW leading to trap depths in the milliKelvin range
for alkali atoms. Due to the active medium inside the resonator the trap
is intrinsically stable with respect to external perturbations.
Q 19.7 Di 15:30 F303
Mesoskopische, stark lokalisierende Dipolfallen für RbAtome — •Herbert Crepaz, Matthias Schulz, Michael
Chwalla, Jürgen Eschner und Rainer Blatt — Institut für
Experimentalphysik, Technikerstrasse 25, A-6020 Innsbruck
Atome aus einem kalten 87 Rb-Atomstrahl werden in einer magnetooptischen Falle gesammelt, gekühlt und in eine räumlich überlagerte Dipolfalle transferiert. Für rot-verstimmte Dipolfallen werden fokussierte
Gaußstrahlen verwendet, für blau-verstimmte werden diese mittels mikrofabrizierter Phasenobjekte mit hoher Effizienz in Hohlstrahlen (LG01 )
umgewandelt.
Die AC-Stark Verschiebung der Energieniveaus durch das Fallenlicht
erlaubt energieselektive, resonante Anregung und Detektion der gefangenen Atome und ermöglicht damit die Temperaturbestimmung in der
Falle. Die Nachweisgrenze des Detektionssystems liegt bei wenigen Atomen.
In einer Anordnung mit gekreuzten, rot-verstimmten Dipolstrahlen
werden Atome zwischen den Strahlen effizient transferiert. Numerische
Simulationen bestätigen das gemessene Transferverhalten.
Untersuchungen der Speicherung in blau-verstimmten HohlstrahlDipolfallen werden vorgestellt.
Q 19.8 Di 15:45 F303
Evaporative Cooling in a CO2 -Laser Optical Dipole Trap with
Rubidium Atoms — •Giovanni Cennini, Gunnar Ritt, Carsten
Geckeler, and Martin Weitz — Physikalisches Institut der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 72076 Tübingen, Germany
Far detuned laser traps are attractive systems for both the study of
quantum degeneracy and scalable quantum logic. We investigate the possibility of manipulating ultracold rubidium atoms collected in the focus
of an extremely far detuned optical beam generated by a single frequency
CO2 -laser whose wavelength is near 10.6 µm. The dipole trap is loaded
with rubidium atoms (87 Rb) from a dark magneto-optical-trap. Due to
the extreme detuning of the trapping laser, the photon scattering rate
is below 10 minutes. Our new experimental apparatus gives the possibility of tight atomic confinement, as the mid-infrared trapping laser
beam waist is only 30 µm. Therefore relatively high trap frequencies are
obtained even in a single beam running configuration. The laser cooled
sample yields an initial phase space density of about 10−3 . Evaporative
cooling has been carried out by reducing the trapping beam intensity. In
initial experiments, we have cooled atoms to phase space density of 1/30
(with density n ≈ 1013 and temperature T ≈ 1 µK) in a simple dipole
trap. We are planning to optimize parameters to allow for the observation of Bose-Einstein condensation in the trap. We will discuss recent
experimental progress and future prospects.
Q 20 Teilchenoptik
Gruppenbericht
Q 20.1 Di 14:00 F107
Dekohärenz molekularer Materiewellen — •Klaus Hornberger,
Stefan Uttenthaler, Björn Brezger, Lucia Hackermüller,
Anton Zeilinger und Markus Arndt — Institut für Experimentalphysik, Universität Wien
Wir beobachten die Dekohärenz ausgedehnter Materiewellen in einem
Talbot-Lau Interferometer mit C70 Fullerenen. Die Wechselwirkung mit
den Umgebungsfreiheitsgraden, speziell mit Hintergrundgasen und thermisch emittierter Strahlung, läßt sich im Experiment kontrolliert einschalten. Dies erlaubt den direkten quantitativen Test von Vorhersagen
der Dekohärenztheorie und läßt Rückschlüsse auf die beteiligten Wechselwirkungsprozesse zu.
Q 20.2 Di 14:30 F107
Mobile Atom Interferometric Sensors — •Kai Bongs1 and Mark
A Kasevich2 — 1 Institut für Laserphysik, Universität Hamburg,
Jungiusstr. 9, 20355 Hamburg, Germany — 2 Physics Department,
Varian Building, Room 234, Stanford, California, 94305-4060, USA
We present the status of development of a mobile atom interferometric
gravity gradient sensor which addresses many questions also connected
Raum: F107
to space instruments and thus paves the way for future developments. In
addition we identify new classes of high-order phase shifts in a theoretical
analysis, which are observable in current experiments, and which seem
to be of vital importance for proposed future experiments.
During the last decade atom interferometric measurements have
evolved from proof of principle experiments to precision sensors with
possible applications in fundamental physics and commercial areas.
These goals, however, hinge on the transfer of laboratory technology to
field ready instruments as well as on the accuracy of the theory used
to connect the measured interferometric phase shift to the physically
relevant quantities.
The associated development of a small, modular and robust atom interferometric sensor for high precision earth gravity gradient mapping is
discussed and new developments for the laser and vacuum system are
presented.
In addition we develop analytic expressions for the response of commonly used atom interferometer measurement configurations to experimentally relevant combinations of rotation, gravity and gravity gradientinduced forces. K. Bongs acknowledges support from the DFG.
Quantenoptik
Q 20.3 Di 14:45 F107
MAGIA - Towards an atom interferometric determination of
the Newtonian gravitational constant — •Juergen Stuhler,
Marco Fattori, Giacomo Lamporesi, Torsten Petelski, and
Guglielmo M. Tino — Dipartimento di Fisica and LENS, Universita’ di Firenze; INFN - Sezione di Firenze, Via Sansone 1, I-50019 Sesto
Fiorentino (FI), Italy
We present the basic idea and the status of our experiment MAGIA
(Misura Accurata di G mediante Interferometria Atomica), in which we
will apply atom interferometic methods to determine the Newtonian gravitational constant G. Free-falling laser-cooled rubidium atoms will be accelerated due to the gravitational potential of nearby source masses. The
technique of Raman atom interferometry allows to detect this acceleration and hence to assign a value of G. The use of atoms as probe masses
and a double-differential measurement (launch of two atom clouds in a
gradiometer configuration and moving the source masses to different positions) will suppress systematic errors. The targeted accuracy of 100
ppm is well below the current uncertainty of 1500 ppm in the accepted
value of G = (6.673 ± 0.010) × 10−11 m3 kg−1 s−2 (CODATA 1998) and
on the order of the discrepancies between the most recent high precision
determinations of G.
Q 20.4 Di 15:00 F107
Two-wire guides and electrostatic fields on atom chips — •X.
Luo1 , K. Brugger1 , P. Krüger1 , M. Klein1 , S. Wildermuth1 ,
H. Gimpel1 , R. Folman1 , S. Groth1,2 , I. Bar-Joseph2 , and J.
Schmiedmayer1 — 1 Physikalisches Institut, Universität Heidelberg —
2
Atom chips provide a great variety of potential configurations to trap
and guide neutral atoms. Here, we report on recent results obtained
with thermal 7 Li atoms: In a first series of experiments, we loaded a
spiral shaped magnetic two-wire guide. In contrast to the regularly
used single-wire side guide, the potential minimum is formed by two
counter-propagating currents together with a homogeneous bias field in
the direction perpendicular to the chip surface. The symmetry of this
configuration allows guiding in arbitrary directions on the chip.
In a second experiment, electrostatic fields were employed to modulate the potential of a side guide in the longitudinal direction in order
to form three-dimensional traps. The additional degree of freedom provided by electric fields opens up a variety of new possibilities, ranging
from pushing atoms in a desired direction in a guide to state selective
qubit operation.
Q 20.5 Di 15:15 F107
Coherence properties of guided-atom interferometers — •Helge
Kreutzmann1 , A. Sanpera1 , M. Lewenstein1 , R. Dumke2 , W.
Ertmer2 , and G. Birkl2 — 1 Institut für theoretische Physik, Universtitiät Hannover, Appelstraße 2, 30167 Hannover — 2 Institut für Quantenoptik, Universtität Hannover, Welfengarten 1, 3016 Hannover
The advances in the field of cold gases, e.g. in the context of BEC,
causes increasing interest in fields like metrology and interferometry
with atomic matter waves. Theoretical estimates indicate a significantly
higher sensitivity for interferometers with cold atoms than for their light
based counterparts. While at first glance clear similarities with light
based interferometers are present, fundamental differences related to intrinsic particle properties appear. We present theoretical studies of a
Mach-Zehnder type interferometer realized with micro-fabricated lenses
and show the non-trivial dependence of the coherence properties on the
input parameters. An experimental setup for measuring the interference
with guided atoms is also presented.
Q 20.6 Di 15:30 F107
Interferometer-Type Structures for Guided Atoms — •Tobias
Müther1 , Michael Volk1 , Falk Scharnberg1,2 , Rainer Dumke1 ,
Wolfgang Ertmer1 , and Gerhard Birkl1 — 1 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, Germany — 2 Centre for Atom Optics and Ultrafast Spectroscopy, Swinburne
University of Technology, Hawthorn, VIC 3122, Australia
Dienstag
We experimentally demonstrate interferometer-type guiding structures
for neutral atoms based on dipole potentials created by microfabricated
optical systems [1]. As a central element we use an array of atom wave
guides being formed by focusing a red-detuned laser beam with an array of cylindrical microlenses. Combining two of these arrays, we realize
X-shaped beam splitters and more complex systems like the geometries
for Mach-Zehnder and Michelson-type interferometers for atoms. The
application of microfabricated optical elements opens a new venue for integrated atom optics. With these elements versatile and integrated atom
optical devices can be created in a compact fashion. This approach opens
the possibility to scale, parallelize, and miniaturize atom optics for new
investigations in fundamental research and application.
[1] R. Dumke, T. Müther, M. Volk, W. Ertmer, and G. Birkl, Phys.
Rev. Lett. 89, 220402 (2002).
Q 20.7 Di 15:45 F107
Vielstrahlinterferometer mit kalten Rubidiumatomen am atomaren Springbrunnen — •Sebastian Fray 1,2 , Cristina Alvarez1,3 , Theodor W. Hänsch1,3 und Martin Weitz2 — 1 MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching — 2 Physikalisches Institut der Universität Tübingen, 72076 Tübingen — 3 Sektion Physik der
Universität München, 80799 München
Atominterferometrie findet Anwendung in Präzisionsmessungen der
Gravitation und des Photonenrückstoßes. Ähnlich wie in der optischen
Interferometrie steigt die Auflösung mit der Anzahl der interferierenden
Pfade. Wir haben ein Vielstrahlatominterferometer aufgebaut, bei dem
wir kalte Rb-Atome verwenden, die in einem atomaren Springbrunnen
auf eine nach oben gerichtete ballistische Bahn gebracht werden, um lange Wechselwirkungszeiten zu ermöglichen. Während der Flugzeit werden
drei resonante optische Stehwellen als Strahlteiler für die atomaren Wellenpakete eingestrahlt. Die Lichtpulse führen zu einer Projektion der
atomaren Wellenpakete auf einen Dunkelzustand, der aus einer Superposition von externen Zuständen mit unterschiedlichen Impulsen besteht.
Nach dem dritten Lichtpuls kann das Interferenzsignal ausgelesen werden.
Durch die Bewegung der Atome im Schwerefeld der Erde erfahren die
einzelnen Pfade eine unterschiedliche Phasenverschiebung, die mit dem
Vielstrahlinterferometer bestimmt werden kann. Es werden erste experimentelle Daten des neuartigen Atominterferometers vorgestellt. Über
den aktuellen Stand des Experiments wird berichtet.
Q 20.8 Di 16:00 F107
Dissipative Lichtmasken für die Atomlithographie — •Ralf
Stützle, Dirk Jürgens, Anja Habenicht, Alexander Greiner und Markus K. Oberthaler — Fachbereich Physik und OptikZentrum, Universität Konstanz, Fach M696, 78457 Konstanz
Wir untersuchen die Anwendbarkeit der bekannten Methode der Laserkühlung in einer blau-verstimmten stehenden Lichtwelle hoher Intensität zur atomlithographischen Erzeugung von Nanostrukturen auf Oberflächen. Charakteristische Größen wie Breite und Untergrund der Strukturen wurden mit Hilfe einer Monte-Carlo Simulation der atomaren Trajektorien für experimentell realisierbare Parameter bestimmt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Strukturbreite einem allgemeinen Skalierungsgesetz gehorcht. Diese neuen Lichtmasken können -im Vergleich zur konventionellen Methode der Fokussierung mit konservativen Dipolpotentialen- zu einer deutlichen Reduktion des Untergrunds
der Strukturen führen und zudem sind die erzielbaren Strukturbreiten
von der Geschwindigkeitsverteilung des Atomstrahls fast unabhängig. Es
wird allerdings eine längere Wechselwirkungszeit und folglich mehr Laserleistung benötigt.
Gefördert durch den SFB 513 der DFG.
Quantenoptik
Dienstag
Q 21 Wellenleitung
Q 21.1 Di 14:00 F142
Wechselwirkungen und Wellenleitung in Feldern photorefraktiver Solitonen — •Denis Träger1 , Aleksandra Strinić2 , Jochen Schröder1 , Jürgen Petter3 , Cornelia Denz1 , Sascha Matern1 und Hans-Georg Purwins1 — 1 Institut für Angewandte Physik, Westfälische Wilhelms-Universität, 48149 Münster — 2 Institute of
Physics, P.O. Box 57, 11001 Belgrade, Yugoslavia — 3 Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, D-64289 Darmstadt
Räumliche Solitonen ermöglichen eine Reihe von Anwendungen in der
optischen Strahlschaltung und -umlenkung, bis hin zur Realisierung komplexer adaptiver Wellenleiterstrukturen. Photorefraktive Materialien eignen sich besonders zur Erzeugung dieser Solitonen, da ihre sättigbare
Nichtlinearität bereits bei niedrigen Laserintensitäten im Mikrowattbereich mit Hilfe der durch Brechungsindexänderungen hervorgerufenen
Selbstfokussierung die Beugung des Strahls während der Propagation
ausbalancieren kann [1].
Wir demonstrieren die Erzeugung großer Felder parallel propagierender kohärenter Solitonen, die jeweils direkt als Wellenleiter für Licht auch
anderer Wellenlänge (λ = 633 nm, λ = 1550 nm) dienen. Die Wechselwirkungsszenarien einzelner Solitonen lassen sich in diesen Solitonenfeldern
ebenfalls studieren, so dass durch Anziehung und Abstoßung beispielsweise Fusion gezeigt werden kann.
[1] als Überblick: C. Weilnau, M. Ahles, J. Petter, D. Träger, J. Schröder,
C. Denz: Spatial optical (2+1)-dimensional scalar- and vector-solitons in
saturable nonlinear media, Ann. Phys. (Leipzig), 11 (2002) 7, 573-629
Q 21.2 Di 14:15 F142
Holographische
Wellenlängenfilter
in
photorefraktiven
LiNbO3 :Ti-Streifenwellenleitern — •Daniel Runde und Detlef
Kip — Leibniz Str. 4, 38678 Clausthal-Zellerfeld
In diesem Beitrag werden permanente schmalbandige Wellenlängenfilter in kupferdotierten LiNbO3 :Ti-Streifenwellenleitern vorgestellt. Elementare holographische Gitter werden mit grünem Licht
(Wellenlänge 532 nm) geschrieben und in Reflexionsgeometrie mit infrarotem Licht im Wellenlängenbereich um 1.55 µm zerstörungsfrei ausgelesen. Um ein partielles Löschen der Gitter bei erneuter Beleuchtung zu
verhindern, werden diese durch Schreiben bei 180 o C thermisch fixiert.
Die sehr kleine spektrale Breite der Filter von etwa 0.1 nm bietet interessante Möglichkeiten wie die Verwendung für optische Sensoren, AddDrop-Multiplexer und als Spiegel für integriert-optische Laser. Äußere
elektrische Felder ändern über den elektrooptischen Effekt den effektiven Brechungsindex der geführten Mode und damit die Reflexionswellenlänge. Hierdurch ist zum einen die berührungslose Messung elektrischer Wechselfelder möglich. Zum anderen erlaubt dies ein Abstimmen
und schnelles elektrisches Schalten von polarisationsunabhängigen AddDrop-Filtern für die optische Nachrichtentechnik.
Q 21.3 Di 14:30 F142
Einsatz eines nichtlinearen Faser-Sagnac-Interferometers
zur Rauschreduktion in optischen Übertragungssystemen —
•Markus Meissner, Matthias Roesch und Gerd Leuchs —
ZEMO,Universität Erlangen-Nürnberg
In der optischen Telekommunikation werden Erbium-dotierte Faser Verstärker (EDFA) zur Signalverstärkung verwendet.
Dabei
muß
grundsätzlich eine Verschlechterung des Signal zu Rausch
Verhältnises in Kauf genommen werden. Mit einem nichtlinearen FaserSagnac-Interferometer (NOLM) ist es nun möglich eine Energietransferkennlinie zu erzeugen, die für die Leistung des ”1”Bits ein Plateau
aufweist, und so eingehendes Amplitudenrauschen unterdrückt. Dieses
Plateau wird ohne EDFA Zusatzrauschen bei einem Teilungsverhältnis
von 90:10 erreicht. Verschlechtert man das NOLM Eingangs-SNR, so
muß das Teilungsverhältnis dem Rauschen angepasst werden, d.h. von
90:10 in Richtung 80:20 verschoben werden [1]. Kennlinien bei einem
Teilungsverhältnis zwischen 90:10 und 80:20 zeigen ohne EDFA Zusatzrauschen eine Modulation der Kennlinie im Bereich des ersten Plateaus.
Misst man aber die Kennlinie mit verschieden großem EDFA Rauschen
bei dem für dieses SNR optimalen Teilungsverhältniss zur optimalen
Rauschreduktion, so zeigt sich, daß die Kennlinien für dieses Teilungsverhältnis immer ein Plateau ohne Modulation zeigen. Auf diese Art läßt
sich der NOLM leicht an die jeweiligen Bedingungen in einem optischen
Telekommunikationssystem anpassen.
Raum: F142
/1/ M. Meissner, M. Roesch, G. Leuchs, et al., in ECOC, Copenhagen,
2002, Vol. 3, p. P3.08.
Q 21.4 Di 14:45 F142
Phasenmasken für die analoge Proximity-Photolithographie
mit Mask Alignern — •Tobias Erdmann, Matthias Cumme,
Lars-Christian Wittig, Ernst-Bernhard Kley und Andreas
Tünnermann — Friedrich-Schiller Universität Jena, Institut für
Angewandte Physik, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Vorgestellt wird ein Verfahren für die Herstellung kontinuierlicher und
teilweise diskontinuierlicher Höhenprofile für mikrooptische Anwendungen auf der Basis der Photolithographie mit Mask Alignern. Der Vorteil dieses neuen Verfahrens ist die berührungslose Arbeitsweise, bei der
folglich zwischen Maske und Substrat während des Belichtungsvorgangs
kein Kontakt besteht. Dies wird mit Hilfe einer speziellen Phasenmaske erreicht, welche die Beleuchtungsintensitätsverteilung des Mask Aligners für die Belichtung des Photoresists umformt. Dadurch entsteht
in einem definierten Abstand hinter der Phasenmaske eine definierte Intensitätsverteilung, die so genannte Belichtungswelle, mit welcher der
Photoresist belichtet wird. Das Ergebnis nach der Entwicklung des belichteten Photoresists ist ein kontinuierliches Höhenprofil, dessen Gestalt hauptsächlich von der Intensitätsverteilung der Belichtungswelle
abhängt. Die Phasenmasken für dieses Verfahren wurden mit Hilfe von
Verfahren berechnet, welche auch für die Berechnung von Laserstrahlformungselementen eingesetzt werden. Die mit diesem Verfahren berechnen
Phasenmasken wurden anschließend mit Hilfe des variable dose writings,
einer speziellen Elektronenstrahlschreibtechnik, hergestellt. Anhand der
hergestellten Phasenmasken erfolgte die Verifizierung des Verfahrens.
Q 21.5 Di 15:00 F142
Profilerhaltende Härtung von mikrooptischen PhotoresistElementen — •Holger Hartung, Matthias Cumme, ErnstBernhard Kley und Andreas Tünnermann — Friedrich-Schiller
Universität Jena, Institut für Angewandte Physik, Max-Wien-Platz 1,
07743 Jena
Die Herstellung mikrooptischer Elemente aus Quarzglas erfolgt durch
eine Übertragung von Photoresist-Elementen in das Substrat mittels eines Trockenätzverfahrens. Um die Stabilität des Resistes zu
gewährleisten, muss der Resist gehärtet werden. Diese Härtung besteht
hauptsächlich aus dem thermischen Ausgasen des Lösungsmittels und
erfolgt üblicherweise durch eine Temperung, bei der sich der Photoresist zunächst verflüssigt und dann verhärtet. Dabei verändert sich das
Höhenprofil des Elementes. Die Kanten des Elementes werden aufgrund
des auftretenden Krümmungsdruckes abgerundet, es bildet sich eine Minimalfläche aus. Diese Abweichung führt zu einer Veränderung der optischen Funktion. Zur profilerhaltenden Härtung dieser Elemente wurde
ein spezielles Verfahren entwickelt. Es besteht aus einer UV-Betrahlung
und einem Temperregime. Die UV-Betrahlung bewirkt eine Veränderung
der Resiststuktur, sodass die anschließende Temperung nur minimale Abweichungen bewirkt. Bei der Entwicklung des Verfahrens musste ein
Kompromiss gefunden werden zwischen der Prozesszeit und der Profilabweichung. Das Verfahren wurde erfolgreich an Mikrolinsenarrays und
Mikroprismen getestet.
Q 21.6 Di 15:15 F142
Herstellung von Subwellenlängengittern mit dem Verfahren der
optischen Nahfeldlithographie — •Tina Clausnitzer, ErnstBernhard Kley und Andreas Tünnermann — Friedrich-Schiller
Universität Jena, Institut für Angewandte Physik, Max-Wien-Platz 1,
07743 Jena
Gitterstrukturen mit Perioden im Bereich unterhalb von 1µm gewinnen zunehmend an Bedeutung bei der Realisierung unterschiedlichster
optischer Funktionalitäten. Beispielsweise können mit ihnen Effekte wie
Dispersion, Doppelbrechung und Polarisation gezielt gesteuert werden.
Die Herstellung solcher Strukturen erfordert ein hochauflösendes und flexibles, jedoch auch möglichst preiswertes und schnelles Verfahren. Eine Möglichkeit ist die elektronenstrahllithographische Herstellung eines
Maskengitters, welches dann anschließend mit einem geeigneten Verfahren kopiert wird. Vorgestellt wird die holographische Übertragung solcher
Maskengitter mit dem Verfahren der optischen Nahfeldlithographie. Demonstriert wird vor allem die Übertragung 1-dimensionaler Gitter varia-
Quantenoptik
Dienstag
bler Periode am Beispiel eines gechirpten Gitters, sowie die Übertragung
unidirektionaler Gitter anhand zirkularer Gitter. Die sehr defizile Opti-
mierung der Maskengitter erfolgte mittels rigoroser Berechnungen.
Q 22.1 Di 14:00 E001
Spectroscopy of highly doped Yb:YAG crystals — •Dione F. de
Sousa, Volker Peters, Natalyia Martynyuk, Volker Peters,
Kai Lünstedt, Klaus Petermann, and Günter Huber — Institut
für Laser-Physik, Universität Hamburg, Jungiusstr. 9a, 20355 Hamburg
The Yb3+ :YAG lasers around 1030 nm have attracted much attention
for thin disk lasers due to the possibility of high doping levels, excellent
thermal properties of the matrix and the simple energy level structure of
Yb3+ which prevents quenching processes due to Yb3+ :Yb 3+ interactions.
However, when highly doped in the host, the energy migration among
Yb3+ ions and subsequent energy transfer to impurity ions decreases the
Yb3+ lifetime. In this work, the quenching of the Yb3+ luminescence in
YAG crystals by Yb2+ , Fe3+ and Ni2+ is studied by means of pump intensity dependent lifetime measurements. The 80%Yb:YAG, 0.1%Ni:YbAG
and 0.1%Fe:YbAG samples were grown by Czochralski technique under
reducing atmosphere. The results showed different dependence on pump
power for the Yb3+ lifetime when interacting with Yb2+ , Ni2+ or Fe3+ .
The quenching by Ni2+ is pump power independent and the Yb3+ lifetime
is about 370µs. On the other hand, the quenching by Fe3+ and Yb2+
increases with pump power indicating that a cooperative energy transfer
process is active.
Q 22.2 Di 14:15 E001
Ho:YAG laser intracavity pumped by a diode-pumped Tm:YLF
laser — •Martin Schellhorn, Antoine Hirth und Christelle
Kieleck — Deutsch-Franzoesisches Forschungsinstitut ISL, 5 rue du
General Cassagnou, F-68301 Saint-Louis, France
The 2.09-µm Ho:YAG 5 I7 −→ 5 I8 laser transition is intracavity pumped by a Tm:YLF laser. Both crystals are separated by a 45◦ dichroic
beam splitter (HR @ 1.95 µm s-pol., HT @ 2.09 µm p-pol. and HT @
0.79 µm) to form a L-shaped resonator for the s-polarized (⊥ c-axis) 1.953
µm Tm3+ laser radiation. The Tm:YLF crystal is diode-pumped using
a single or dual end-pumped geometry. The p-polarized 2.09 µm Ho3+
laser radiation is separated from the Tm:YLF crystal by the dichroic.
In a first test a cw output power of 1 W is achieved using a single endpumped geometry. The diode-to-Holmium optical-to-optical conversion
efficiency is 9 % (18 % slope efficiency). The results are discussed and
compared with simulations for the intracavity pump scheme [1].
[1] M. Schellhorn and A. Hirth, IEEE J. Quantum Electron. QE-38
(2002) 1455-1464.
Q 22.3 Di 14:30 E001
Neuartiger monolithischer Ringlaser mit 1,6 W single-mode
Ausgangsleistung — •Hagen Zimer und Ulrich Wittrock — Labor für Photonik, FH Münster, Stegerwaldstr. 39, 48565 Steinfurt
Wir stellen einen neuartigen monolithischen Ringlaser (kurz: NPRO,
MISER) mit hohem Potenzial zur Leistungsskalierung vor. Derzeit kommerziell erhältliche MISER sind durch thermo-optisch induzierte Einflüsse des Pumplichtes wie Aberrationen und Spannungsdoppelbrechung
auf Ausgangsleistungen von 1 bis 2 W limitiert. Der von uns vorgestellte neue MISER besteht aus einem undotierten monolithischen YAGRingresonator und einem 0,1 mm dünnen Nd:YAG-Scheibchen. Der
Pumpprozess findet lediglich in diesem dünnen Scheibchen statt, welches per ”diffusion-bonding” auf die Deckfläche des MISER aufgebracht
wurde. Das Nd:YAG-Scheibchen wird vorderseitig durch den undotierten YAG-Kristall hindurch gepumpt und rückseitig flächig gekühlt. Diese
Kühlanordnung führt zu einer quasi-eindimensionalen Wärmeabfuhr aus
dem Kristall mit geringen radialen Temperaturgradienten, und lässt aufgrund reduzierter Aberrationen und Spannungsdoppelbrechung höhere
Ausgangsleistungen erwarten. Bisher wurden 1,6 W single-mode Leistung bei 1064 nm demonstriert. Ein System bei 946 nm wird derzeit
untersucht. Es erfolgt eine detaillierte Beschreibung zur Unterdrückung
des räumlichen Lochbrennens durch polarisationsselektive Phasenschiebung an TIR-Flächen in diesem neuartigen MISER.
Raum: E001
Q 22.4 Di 14:45 E001
Pumplichtverteilung in endgepumpten Stablasersystemen —
•René Gau, Maik Frede, Ralf Wilhelm, Martina Brendel,
Ivo Zawischa und Carsten Fallnich — Laser Zentrum Hannover
e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover
Lasersysteme für die Gravitationswellendetektion erfordern eine langzeitstabile und homogene Pumplichtverteilung, um konstante Strahleigenschaften über Monate hinweg zu gewährleisten. Endgepumpte
Stablasersysteme bieten hierbei den Vorteil einer besseren Kontrolle der
Pumplichtverteilung.
Am Laser Zentrum Hannover wurde ein System realisiert, bei dem der
Laserkristall mit 10 fasergekoppelten Laserdioden gepumpt wird. Dies
ermöglicht die räumliche Trennung von Dioden und Laserkopf und somit
den Austausch einzelner degradierter oder defekter Laserdioden während
des Laserbetriebs.
Eine einfache Abbildung der Fasern in den Laserkristall würde jedoch
eine inhomogene Verteilung mit ”Hot Spots” verursachen. Deshalb wurde eine Homogenisierung entwickelt, bei der das Pumplicht in einen Glasstab eingekoppelt wird, dessen Ende man auf den Laserkristall abbildet.
Aufgrund der räumlichen Durchmischung im Glasstab enthält die
Pumplichtverteilung keine ”Hot Spots” mehr, wodurch ein homogenes
Verstärkungsprofil und eine gleichmäßigere Form der thermischen Linse
gegeben ist. Mithilfe dieser Homogenisierung ist es möglich das räumliche Pumpprofil bei Degradation oder Ausfall einer Laserdiode konstant
zu halten.
Q 22.5 Di 15:00 E001
Einfrequenter Nd:YAG-Hochleistungslaser für Gravitationswellendetektoren — •Maik Frede, Ralf Wilhelm, Martina Brendel, René Gau, Ivo Zawischa und Carsten Fallnich — Laser
Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
Für die Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation werden
einfrequente Grundmodelasersysteme mit einer Ausgangsleistung von
etwa 200 W benötigt. Am Laser Zentrum Hannover wird ein entsprechendes diodengepumptes Festkörperlasersystem auf Basis eines Ringresonators mit vier endgepumpten Nd:YAG - Stäben entwickelt. In der ersten
Projektphase wurde ein Stehwellenresonator mit zwei Laserstäben und
einer Kompensation der thermisch induzierten Doppelbrechung (DBK)
realisiert. Im linear polarisierter Grundmodebetrieb konnte mit Hilfe der
DBK die Ausgangsleistung von 40 auf 97 W gesteigert werden. Die Depolarisationsverluste lagen dabei zum Schluss unter 1 %, die Beugungsmaßzahl M 2 bei 1,25. Für eine weitere Verbesserung der Beugungsmaßzahl
wurde eine Pumplichthomogenisierung entwickelt, bei der mit Hilfe eines Quarzglasstabes eine Durchmischung der Diodenlaserstrahlung und
somit ein homogeneres Pumplichtprofil erreicht wird. Um den einfrequenten Laserbetrieb zu ermöglichen, wird das Zweistabsystem in einer
Ringresonatorkonfiguration mittels injection locking“ an einen Master”
laser gekoppelt. Die geforderten 200 W können dann durch Erweiterung
des Ringresonators auf vier Laserstäbe erreicht werden.
Q 22.6 Di 15:15 E001
Das hochstabile 14 Watt injection-locked Master-SlaveLasersystem von GEO600 — •Volker Quetschke1 , Michèle
Heurs1 , Frank Seifert1 , Benno Willke1,2 , Ivo Zawischa3 , Martina Brendel3 , Carsten Fallnich3 und Karsten Danzmann1,2
— 1 Institut für Atom- und Molekülphysik, Abteilung Spektroskopie,
Universität Hannover, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 2 Max-PlanckInstitut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut, Callinstr. 38,
30167 Hannover — 3 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8,
30419 Hannover
Der deutsch-britische Gravitationswellendetektor GEO600 erfordert
ein in allen Aspekten hochstabiles Lasersystem mit hoher Ausgangsleistung.
√ Um eine lineare spektrale Frequenzrauschdichte von einigen
mHz/ Hz und eine
√ relative lineare spektrale Dichte des Amplitudenrauschens von 10−8 / Hz zu erhalten, kommt ein injection-locked MasterSlave-Nd:YAG-Lasersystem mit 14 W Ausgangsleistung zum Einsatz.
Die Frequenzstabilisierung wird unter Verwendung der im Vakuum auf-
Quantenoptik
Dienstag
gehängten Modenfilter-Ringresonatoren realisiert, die ab einer Frequenz
von ca. 50 Hz als von äußeren Einflüssen, wie Bodenbewegungen und
Akustik, unabhängig angesehen werden können. Es wird das verwendete Stabilisierungsschema aufgezeigt, sowie Messungen zur Frequenz-,
Amplituden und Geometriestabilität des Lasersystems vorgestellt.
Q 22.7 Di 15:30 E001
Simultane Frequenz- und Amplitudenstabilisierung eine
monolithischen Nd:YAG-Lasers — •Michele Heurs1,2 , Volker
Quetschke1,2 , Benno Willke1,2 und Karsten Danzmann1,2
— 1 Albert-Einstein-Institut für Gravitationsphysik, Callinstr.
38,
30167 Hannover — 2 Institut für Atom- und Molekülphysik, Abteilung
Spektroskopie, Universität Hannover, Callinstr. 38, 30167 Hannover
Nichtplanare Nd:YAG-Laser (NPROs) bieten mit der Temperaturvariation des Laserkristalls sowie der Variation der Spannung an einem
piezoelektrischen Kristall zwei Möglichkeiten der Frequenzabstimmung.
Die Änderung des Pumpstromes stellt einen relativ neuen Frequenzaktuator dar [Willke et al., Opt. Lett. 25 (2000) 1019 - 1021]. Variation der
optischen Weglänge wird bei diesem Prozeß zum einen über den direkten
Wärmeeintrag in das Medium, zum anderen über die Modulation des
Brechungsindexes erreicht. Ein konventioneller NPRO wurde auf diese
Weise frequenzstabilisiert (Current Lock). Durch die Kopplung zwischen
Frequenz und Amplitude in einem derartigen Lasersystem wird gleichzeitig eine Amplitudenrauschunterdrückung erreicht.
Zwecks der Untersuchung dieser Kopplung wurde ein Modell-NPRO
aufgebaut. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der Frequenzstabilisierung mittels Current Lock dargestellt und es wird auf die Limitationen
dieses Verfahrens eingegangen.
Q 22.8 Di 15:45 E001
Laser development for the spaceborne gravitational wave detector LISA — •Michael Tröbs1 , Carsten Fallnich1 , Markus
Bode2 , Ingo Freitag2 , Gerhard Heinzel3 , and Karsten Danzmann3 — 1 Laser Zentrum Hannover e. V. Hollerithallee 8, D-30419 Hannover — 2 Innolight GmbH, Garbsener Landstr. 10, D-30419 Hannover
— 3 Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Callinstr. 38, D-30167
Hannover
The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) is a giant Michelson
interferometer with 5 million kilometer long arms. LISA will detect gravitational waves in the millihertz frequency band. It requires frequency
and intensity stabilized lasers with at least 700 mW of output power.
We present the first laser demonstrator for LISA - a fiber-coupled
Nd:YAG laser system based on a diode-pumped monolithic nonplanar
ring oscillator. The laser emits more than 1 W of optical power and is
actively frequency stabilized to a high finesse cavity using the PoundDrever-Hall
scheme. We have measured frequency noise of less than 300
q
Hz/ (Hz) at 1 mHz which is currently limited by the frequency stability of the
q reference system. The relative
q intensity stability is below
4 × 10−3 / (Hz) at 1 mHz and 6 × 10−7 / (Hz) at 1 Hz.
Q 22.9 Di 16:00 E001
Solargepumpter Table-Top Nd:YAG-Laser — •Yasser Abdel
Hadi und Adalbert Ding — Optisches Institut, Technische Universität Berlin
Konversion von Solarenergie in andere Energieformen ist bisher im
wesentlichen nur über photovoltaische Solarzellen und photothermische
Kollektoren geschehen. Festkörperlaser erhalten die notwendige Energiezufuhr durch optisches Pumpen, wobei elektrische Energie mit mehr
oder weniger gutem Wirkungsgrad in Lichtenergie umgewandelt wird.
Bei sonnengetriebenen Laseranwendungen muss die elektrische Energie
in solchen Fällen mit schlechtem Wirkungsgrad aus der Sonnenstrahlung
gewonnen werden.
Es sind zwei Typen von direkt sonnengepumpte Laseranordnungen
aufgebaut worden, bei denen das Sonnenlicht in einem Falle mit
einer grossen Fresnellinsen im anderen Falle mit einer Kombination
von Spiegelarrays und Fresnellinsen auf den Laserkristall fokussiert
werden. Im ersteren Fall wird die gesamte Laseranordnung (Fresnellinse,
Sekundärkonzentrator und Laserkavität) auf einer astronomischen
Montierung der Sonne nachgeführt, im letzteren Fall ist der Sekundärkonzentrator mit der Kavität fest montiert; die Planspiegel
des Spiegelarrays werden dabei in Gruppen so bewegt, dass die
Sonnenstrahlung mit Hilfe eines Sekundärkonzentrators auf das fest
montierte Kavität fokussiert werden.
Beide Lasertypen werden bezüglich des Wirkungsgrades, der Stabilität, der Abbildungsgenbauigkeit und der Handhabbarkeit miteinander
verglichen..
Q 23 Superkontinuum in nichtlinearen Fasern
Q 23.1 Di 14:00 F442
Effiziente ps-Weisslichterzeugung mit 950 nm Bandbreite
und 2,5 W Ausgangsleistung in mikrostrukturierten Fasern
— •Michael Seefeldt, Axel Heuer und Ralf Menzel —
Universität Potsdam, Institut für Physik/ Photonik, Am Neuen Palais
10, 14469 Potsdam
Mikrostrukturierte Fasern haben aufgrund ihres Aufbaus und der damit verbundenen außergewöhnlichen optischen Eigenschaften ihr hohes
Potential hinsichtlich der Erzeugung extrem breiter Spektren bewiesen.
Die für diese Untersuchungen verwendeten Pumplaser waren bisher in
erster Linie aufwendige und teure fs-Laser und/oder komplexe, mehrstufige Lasersysteme.
Wir zeigen, dass eine effiziente Generierung dieser sog. Supercontinua mit Bandbreiten von mehr als einer Oktave unter der Verwendung eines sehr kompakten ps-Lasers bei einer Wellenlänge von 1064
nm (Pulsdauer 10 ps) möglich ist. Experimentelle Ergebnisse zur spektralen Evolution und den dabei beteiligten optisch nichtlinearen Prozessen, vorrangig Selbstphasenmodulation, Vierwellenmischung, stimulierte
Raman-Streuung und Solitoneneffekte sowie theoretische Betrachtungen
zu Phasenanpassungs- und Laufzeiteffekten werden präsentiert.
Abschließend wird eine kompakte, voll integrierte breitbandige Strahlungsquelle vorgestellt, die aufbauend auf den gezeigten Untersuchungen
Strahlung mit einer spektralen Verteilung von 700 bis 1650 nm und 2,5
W Ausgangsleistung emittiert.
Gefördert durch BMBF und VDI.
Q 23.2 Di 14:15 F442
5 W Weißlichterzeugung in photonischen Kristallfasern —
•Thomas Schreiber, Jens Limpert, Holger Zellmer und
Andreas Tünnermann — Friedrich-Schiller-Universität Jena,
Institut für angewandte Physik, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Raum: F442
Zu den speziellen Eigenschaften photonischer Kristallfasern zählen der
über einen großen Spektralbereich mögliche Grundmodebetrieb, die Verschiebung des Dispersionsnullpunktes in den sichtbaren Spektralbereich
und der kleine Kerndurchmesser, der zu einer hohen Nichtlinearität führt.
Gegenstand aktueller Forschung ist die Erzeugung extrem breiter Spektren (Weißlicht) mit Hilfe energetisch schwacher, kurzer Pulse in solchen
Fasern. Liegt die Wellenlänge dieser Pulse in der Nähe des Dispersionsnullpunktes kommt es zu Bildung von Solitonen höherer Ordnung, die
durch Störungen, wie Ramanstreuung, self-steepening und Dispersion
höherer Ordnung unter Aussendung blau verschobener Strahlung in fundamentale Solitonen zerfallen. Diese werden durch den Self-FrequencyShift in den roten Bereich verschoben und legen die obere Grenze des
Weißlichtspektrums fest. Für unsere Experimente verwendeten wir einen
Faserverstärker, der Femtosekunden- und gechirpte Picosekundenpulse
mit mittleren Leistungen bis zu 10 W bei 75 MHz Repititionsrate als
Anregungspulse für die photonische Kristallfaser bereitstellt. Somit war
es möglich, ein Weißlichtspektrum von < 500 nm bis > 1800 nm bei einer
mittleren Leistung von 2 W für Femtosekundenpulse bzw. 5 W für Picosekundenpulse zu erzeugen. Mit Hilfe von numerischen Simulationen
werden die Spektren theoretisch erklärt und ihr physikalischer Charakter
mit der Theorie verglichen.
Q 23.3 Di 14:30 F442
Characterization of White Light Generated in Flame-drawn Tapered Fibers — •Jörn Teipel and Harald Giessen — Institut für
Angewandte Physik, Universität Bonn, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn
Supercontinuum generation in photonic fibers has generated much attention over the last five years. We generated an almost two octaves
broad supercontinuum spectra in self-made tapered fibers by femtosecond pulses from an unamplified Ti:sapphire laser. The typical waist
length varies between 15 and 90mm and the waist diameter ranges from
Quantenoptik
Dienstag
1.2 to 3mm. We present measurements on the shape and width of the
supercontinuum spectra and how they depend on waist length, waist
diameter, input power, pulse duration and input wavelength. The variation of these parameters leads to different intensities in the fiber and
to a different group velocity dispersion GVD. Higher intensities implicate a higher nonlinearity in the fiber waist which results in a broader
spectrum. The input wavelength has to be in the anomalous disperion
regime in order to obtain a supercontinuum. It has been shown that an
increasing anomalous dispersion leads to a broadening of the spectra.
Q 23.4 Di 14:45 F442
Phase-Coherence Properties Of Supercontinua Generated In
Microstructure Fibers — •Nils Haverkamp, Joern Stenger, and
Harald R. Telle — Phys.-Tech. Bundesanstalt, Bundesallee 100,
38116 Braunschweig, Germany
Recently microstructure fibers were developed which allow the pulses
of a mode locked laser to be spectrally broadened very efficiently. It was
shown, that in the frequency domain the broadened spectrum is of comb
structure, i.e. composed of phase-coherent equidistantly spaced lines.
The origin of the observed phase-coherence remains yet to be resolved.
We report on the phase-coherence properties of different spectral components of the supercontinuum emission spectrum of a microstructure
fiber. The phase-coherence properties are interferometrically analyzed
with spectral resolution to reveal possibly non coherent processes involved in supercontiuum generation.
Q 23.5 Di 15:00 F442
Absolute frequency comb spanning 1530 to 1570 nanometers —
•Jens Rauschenberger1 , David J. Jones1 , Tara M. Fortier1 ,
Steven T. Cundiff1 , and Robert S. Windeler2 — 1 JILA, University of Colorado and NIST, Boulder, CO 80309, USA — 2 OFS Fitel Lab.,
Murray Hill, NJ 07974, USA
We investigate the properties of a frequency comb generated at
1.5µm by a stabilized stretched-pulse mode-locked Erbium-doped fiber
laser. Stabilization is obtained via optical heterodyne between the
frequency-doubled fiber laser spectrum and Ti:Sapphire wavelengths. We
demonstrate synchronization of a mode-locked fiber laser to a stabilized
Ti:Sapphire laser with a timing jitter less than 13fs, as well as frequency
stabilization between the laser offset frequencies. Stabilization of the
fiber laser allows for the extension of a frequency comb into the optical
communications bandwidth, which has a wealth of applications to both
optical metrology as well as ultrafast science.
Q 23.6 Di 15:15 F442
Stabilisierung der Repetitionsrate eines passiv modengekoppelten Erbium-Faserlasers auf einen Wasserstoffmaser — •Holger
Hundertmark1 , Carsten Fallnich1 , Nils Haverkamp2 und Harald R. Telle2 — 1 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8,
D-30419 Hannover — 2 Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, D-38116 Braunschweig
Ultrakurzpulslaser mit stabilisierter Repetitionsrate auf Basis von
Titan-Saphirkristallen haben in den letzten Jahren eine immer größere
Bedeutung für die Spektroskopie und Präzisionsmesstechnik gewonnen.
Auch im Wellenlängenbereich um 1560 nm werden seitens der Telekom-
munikation Laser mit stabilisierter Repetitionsrate benötigt, welche auf
Basis von Erbium-dotierten Glasfasern realisiert werden.
In diesem Beitrag wird ein rein faseroptischer, diodengepumpter, passiv modengekoppelter Erbium-Faserlaser vorgestellt, dessen Repetitionsrate aktiv durch Kopplung an einen Wasserstoffmaser stabilisiert wurde. Durch die Stabilisierung mittels Steuerung des Diodenpumpstromes konnte das Rauschniveau der Repetitionsrate des Faserlasers nahezu auf das Rauschniveau des Wasserstoffmasers abgesenkt werden.
Durch die Reduzierung des Repetitionsratenrauschen um den Faktor 1000
gegenüber dem unstabilisierten Laser betrug die relative Schwankung
5 · 10−13 innerhalb einer Meßzeit von 10 Sekunden.
Die Forschung wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 407.
Q 23.7 Di 15:30 F442
Simulationen zur Selbstfokussierung ultrakurzer Laserpulse in
transparenten Medien — •Cord Arnold1 , Alexander Heisterkamp1 , Holger Lubatschowski1 und Wolfgang Ertmer2 —
1
Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover —
2
Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Am Welfengarten 1,
30167 Hannover
Wenn fs-Pulse mit Energien von einigen µJ auf eine Strahltaille von
wenigen µm fokussiert werden, ist es leicht möglich Intensitäten zu erreichen, bei denen mit nichtlinearen Effekten gerechnet werden muss. In
Bezug auf eine spätere Anwendung der ultrakurzen Pulse in der Augenchirurgie wird speziell die Selbstfokussierung in Wasser untersucht. Dazu
wird die nichtlineare Wellengleichung in einem kleinen Volumen um den
Fokus des Strahls numerisch nach dem f̈inite-difference-̈Verfahren gelöst.
Die hohen auftretenden Laserintensitäten bewirken ausserdem eine Reihe
weiterer nichtlinearer Effekte, wie Multiphotonenionisation und Kaskadenionisation, die bei hohen Intensitäten zum optischen Durchbruch führen.
Ansätze die Antwort des Mediums auf die Ionisation in die numerischen
Rechnungen zu integrieren, werden diskutiert.
Q 23.8 Di 15:45 F442
A time domain Fresnel lens with coherent control — •Wendel
Wohlleben1 , Jerome Degert2 , Beatrice Chatel2 , Marcus
Motzkus1 , and Bertrand Girard2 — 1 MPI für Quantenoptik,
D-85748 Garching — 2 IRSAMC, Universite Paul Sabatier, F-31062
Toulouse
Perturbative chirped pulse excitation of a two-level system leads to oscillations in the excited state amplitude. These time-domain oscillations
are mathematically identical to the spatial fringes visible on a screen behind a sharp edge that partly blocks a laser beam. Here the temporal
position of an ultrashort probe pulse within the long excitation pulse
corresponds to the spatial position of a sharp edge in the beam profile.
By direct analogy with Fresnel zone lenses we conceive highly phaseamplitude modulated pulse shapes that slice destructive interferences out
of the excitation time structure and enhance the final population [1]. The
expectations from the numerical solution of the non-linear Schrödinger
equation are quantitatively matched by the experimental realization with
shaped femtosecond excitation of Rubidium atoms.
[1] J. Degert, W. Wohlleben, B. Chatel, M. Motzkus and B. Girard,
Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 203003.
Q 24 Poster: Nichtlineare Optik
Q 24.1 Di 16:30 Lichthof
Optisch-parametrische Verstärkung von schmalbandigen ns Laserpulsen — •Martin Oberst, Torsten Rickes, Arlee Smith,
Thomas Halfmann und Klaas Bergmann — Fachbereich Physik ,
TU Kaiserslautern , Postfach 3049 , D-67653 Kaiserslautern
Kristalle mit optisch nicht-linearen Eigenschaften ermöglichen die Erzeugung und Verstärkung von kohärenter Strahlung im gesamten sichtbaren Spektralbereich. Die Bandbreite der so z.B. in gepulsten optischparametrischen Oszillatoren erzeugten Strahlung liegt allerdings meist
deutlich über der transform-limitierter Laserpulse. Eine Möglichkeit zur
Reduktion der Bandbreite gepulster ns-Strahlung ist die Verstärkung
schwacher (”Seed-”) Strahlung mit transform-limitierter Bandbreite in
optisch-parametrischen Verstärkern. Wir diskutieren den Aufbau und
die Eigenschaften einer Kette aus optisch-parametrischen Verstärkern
mit Beta-Bariumborat als aktivem Medium zur Verstärkung der Seed-
Raum: Lichthof
Strahlung eines stabilisierten ns Farbstofflasers. Als Pumplaser dient
die frequenzverdreifachte Strahlung eines injection-geseedeten Nd:YAGLasers. Die verstärkte Strahlung ist einmodig durchstimmbar im sichtbaren (Signal-Strahlung) bzw. nah-infraroten (Idler-Strahlung) Spektralbereich.
Pattern formation in a single-mirror experiment using an elliptic input beam — •M. Bölscher, F. Huneus, T. Ackemann,
and W. Lange — Institut für Angewandte Physik, Universität Münster,
Corrensstrasse 2-4, D-48149 Münster
‘Single mirror feedback systems’ consisting of a thin slice of a nonlinear medium and a feedback mirror show a surprising richness of spontaneously formed structures. Due to power restrictions, however, the
Quantenoptik
‘aspect ratio’ is typically low, i. e. the diameter of the input beam used
in the experiments is by no means many times larger than the characteristic length of the evolving structures. As a consequence finite-size effects
can play an important role. Here we report on experiments using sodium
vapor in a transverse magnetic field as the nonlinear medium. Now the
spherical cross-section of the input beam used before was replaced by an
elliptical one. In this way a large aspect ratio is obtained in one direction, while maintaining a sufficient intensity level. The set-up provides
a rich variety of patterns and dynamics. It is remarkable that now patterns with a length-scale belonging to a self-defocusing nonlinearity occur
which are expected from plane-wave theory but were not observed when
using a spherical cross-section. A characterization of these and further
patterns and their dependence on parameters is presented. Investigations
of bright spots, one of the observed structures, indicate that they can be
interpreted as bistable localized states. Noise induced bi- and trimodality
of this structure is shown as well as the transient behavior of switch-on
processes.
AM-Transfer-Spectroscopy For Resolution Of Supercontinua —
•Nils Haverkamp, Joern Stenger, and Harald R. Telle —
Phys.-Tech. Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
Recently microstructure fibers were developed which allow the pulses
of a mode locked laser to be spectrally broadened very efficiently. It was
shown, that in the frequency domain the broadened spectrum is of comb
structure, i.e. composed of phase-coherent equidistantly spaced lines.
The origin of the observed phase-coherence remains yet to be resolved.
Supercontinuum generation is a complex interplay of self phase modulation, soliton formation and subsequent soliton splitting and Raman
shifting, and cascaded four-wave-mixing. Possibly also non phase coherent processes play a role. We developed a setup allowing individual solitons in the supercontinuum behind a microstructure fiber to be identified
via AM-transfer-spectroscopy. In addition we show, that the nonsolitonic
radiation (NSR) exhibits comb structure even when pulse energies do not
suffice to generate supercontinua.
Charakterisierung der von einem nichtlinearen Faser-SagnacInterferometer transmittierten Pulsform mittels FROG —
•Markus Meissner, Klaus Sponsel und Gerd Leuchs —
ZEMO,Universität Erlangen-Nürnberg
In modernen glasfaser-optischen Telekommunikationssystemen wird
die Systemleisung durch Rauschprozesse aufgrund optischer Signalverstärkung limitiert. Dieses Signalrauschen kann erfolgreich mit einem nichtlinearen Faser-Sagnac-Interferometer (NOLM) reduziert werden [1]. Allerdings ist für den Einsatz in einem Übertragungssystem
nicht nur die Rauschreduktion durch den NOLM von Bedeutung, sondern auch die Pulsqualität nach dem Interferometer. Wir haben mit der
FROG-Technik (Frequency Resolved Optical Gating) das Signal nach
dem NOLM für verschiedene Eingangsleistungen in das Interferometer
vermessen. Dazu wurde ein Cr 4+ : Y AG Laser verwendet, der Pulse von
150fs bei einer Wellenlänge von 1500nm emittiert. Das Interferometer
bestand aus einem variablen Faserschliffkoppler und 2,8m HB1500 polarisationserhaltender Faser. Nähert man bei einem Teilungsverhältnis
von 90:10 die Leistung im starken Ast des Interferometers der Solitonenbedingung, so wird der Chirp des Ausgangspulses nach dem Interferometer kleiner. Für den Fall der Solitonenbedingung ist der NOLM
Ausgangspuls chirpfrei. Mit diesem Ergebnis ist das nichtlineare FaserSagnac-Interferometer ein guter Kanidat zur passiven Signalregeneration
in hochbitratigen Übertragungssystemen.
/1/ M. Meissner, M. Roesch, G. Leuchs, et al., in ECOC, Copenhagen,
2002, Vol. 3, p. P3.08.
Properties of Cw Raman Lasers in molecular iodine — •M. Klug
and B. Wellegehausen — Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, Germany
Molecular iodine is well suited for the operation of low threshold continuous wave Raman lasers. With a frequency doubled diode pumped
monolithic Nd:YAG ring laser as pump source, Raman lasing on many
lines in the spectral range between 544 nm and 1330 nm has recently been
demonstrated [1]. Due to the narrow pump laser linewidth (≈ 10 kHz)
Dienstag
and the narrow pump induced Raman gain profile (down to 100 kHz ),
correspondingly narrow Raman laser linewidths are expected and can be
realized, if suitable stabilisation schemes for pump and Raman laser are
used. Investigations on the Raman laser properties (e.g. linewidth, shape
of the output power profile) will be presented and compared with calculations of the three level system based on the density matrix formalism.
[1] M. Klug, K. Schulze, U. Hinze, A. Apolonski, E. Tiemann, B. Wellegehausen, Opt. Comm. 184 (2000) 215–223
Limitierung
der
Rauschreduktion
von
optischem
Verstärkerrauschen
mit
Hilfe
eines
Faser-SagnacInterferometers durch Quanteneffekte — •Matthias Rösch,
Markus Meissner und Gerd Leuchs — ZEMO,Universität
Erlangen-Nürnberg
In faser-optischen Übertragungssystemen werden Bitrate und
Übertragungs-Distanz durch Rauschprozesse limitiert. Dieses Rauschen
entsteht bei der optischen Verstärkung des Signals und kann mit Hilfe eines nichtlinearen Faser-Sagnac-Interferometers (NOLM) reduziert
werden. Die Rauschreduktion wird dabei theoretisch durch das maximal
erreichbare Squeezing limitiert [1]. Wir haben experimentell dieses Quantenlimit für einen NOLM untersucht, mit dem Verstärkerrauschen um
12dB reduziert wurde. Der NOLM besteht aus 250m 3M FS-PM7811 Faser und einem variablen Faserkoppler. Als Signalquelle dient ein Er:GlasLaser der Pulse von 1,3ps bei einer Wellenlänge von 1535nm emittiert. Es
wurde das Ausgangsrauschen und das Schrotrauschen für verschiedene
Teilungsverhältnisse des NOLMs aufgenommen. Dabei wurde festgestellt, daß bei dieser Faser und Pulslänge keine Rauschreduktion unter
das Quantenrauschen im für die Telekommunikation relevanten Bereich
der nichtlinearen Kennlinie erreicht werden konnte. Das Ausgangsrauschen nach dem NOLM ist größer als das Schrotrauschen und wird im
Bereich der maximalen klassischen Rauschreduktion um bis zu 7dB über
das Schrotrauschen erhöht. Damit verbunden ist eine allgemeine Begrenzung der maximal erreichbaren Rauschreduktion.
/1/ S. Schmitt, J. Ficker, M. Woff, et al., PRL 81, 2446 (1998).
Tunable picosecond laser pulses in the mid-IR — •Klaus
Finsterbusch1 , Reiner Urschel2 , Andreas Bayer1 , and
Helmut Zacharias1 — 1 Physikalisches Institut, Westfälische
Wilhelms-Universität Münster — 2 LINOS Photonics GmbH & Co. KG,
Isartalstraße 43, D-80469 München
Sources of tunable high-quality, ultra-short laser pulses in the nearand mid-infrared are an important tool in various fields of optical spectroscopy. Pulses in the picosecond domain offer the possibility of good
spectral resolution while retaining a high conversion efficiency. We built
a tunable source of picosecond laser pulses which completely covers the
wavelength range between 1.5 and 24 µm via optical parametric amplification (OPA) and difference frequency generation (DFG). The laser
system is based on a Nd:YLF oscillator / amplifier system operating at
1053 nm. The high-quality signal pulses of an PPLN OPO, pumped by
the Nd:YLF oscillator, are amplified in KTP to energies of about 500 µJ.
In the last conversion stage the signal and idler pulses of the OPA are difference frequency mixed in GaSe and CdSe generating mid-IR radiation
up to 24 µm.
Optimization of high harmonic brightness and pulse duration
— •Milutin Kovacev — CEA/SPAM, bat. 522, Centre d’Etudes de
Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
We will report on the characterization and optimization of the properties of this unique source in the XUV spectral domain. In particular,
the brightness, the coherence and the ultra short pulse duration make
this source interesting for a growing number of applications. The brightness of this source is optimized by producing high order harmonics at
high pumping energy and long focal length lens. An absorption-limited
emission is demonstrated in xenon, argon and up to the 47th harmonic
in neon. This corresponds to high conversion efficiencies and an increase
of at least one order of magnitude of the harmonic energies compared to
previously reported values. For the 15th harmonic generated in xenon,
we report for the first time energies in excess of 1 µJ. Concerning the
ultra short pulse duration we investigate the possibility of confining the
harmonic emission to a short temporal window through polarization gating. By combining two time delayed left and right circularly polarized
pulses, we were able to control the duration of the linearly polarized
Quantenoptik
Dienstag
temporal gate. The observed broadening of the harmonic spectra can be
attributed to a shortening by a factor 2 of the harmonic emission.
XFROG Measurements of Supercontinua generated in Tapered
Fibers — •Diana Türke, Jörn Teipel, Dominic Meiser, and
Harald Giessen — Institut für Angewandte Physik, Universitẗ Bonn,
Wegelerstr. 8, 53115 Bonn
In order to understand the mechanism responsible for the generation
of a white light continuum in tapered fibers, a FROG setup has been
implemented. A crosscorrelation setup using part of the incoming femtosecond beam as the reference signal allows spectrally and temporally
resolved measurements with unambiguous results of even weak signals.
Intensity dependent spectrograms have been taken and compared to
theoretical simulations of the nonlinear Schrödinger equation including
Kerr-type nonlinearities. The results indicate that self-phase modulation and splitting into solitons have a major influence on the generation
process as it has previously been suggested for photonic crystal fibers.
Additionally, XFROG traces taken of the continua generated in fibers
with different waist diameters and waist lenghts draw upon the theorie
that only for spectral components higher than the zero group velocity dispersion point the soliton splitting occours. For the smaller components
the spectrographs show non-solitonic radiation.
Berechnung des Vier-Wellen-Mischprozesses zur Erzeugung
von kontinuierlicher, kohärenter Lyman-Alpha-Strahlung —
•Anette Pahl, Birgit Schatz, Peter Fendel, Matthias König,
Jochen Walz und Theodor W. Hänsch — Max-Planck-Institut
Für zukünftige Experimente an Antiwasserstoff ist Strahlung bei
Lyman-Alpha sehr wichtig, da sie zur Laserkühlung benötigt wird.
Lyman-Alpha-Strahlung liegt bei einer Wellenlänge von 121,56 nm im
Vakuum-Ultraviolett. Wir beschreiben hier die Erzeugung dieser kontinuierlichen, kohärenten VUV-Strahlung durch Vier-Wellen-Mischen mit
Quecksilberdampf als nichtlineares Medium. Den experimentellen Ergebnissen werden Modellrechnungen gegenübergestellt. Für stark fokussierte
Gaußsche Strahlen und die anderen im Experiment verwendeten Parameter wurden die Phasenanpassung und die nichtlineare Suszeptibilität
dritter Ordnung berechnet. Die daraus resultierende Ausgangsleistung
sowie die Wellenlängenabhängigkeit der VUV-Leistung stimmen sehr gut
mit den experimentellen Ergebnissen überein.
Four wave mixing at low photon numbers — •Mattias Johnsson and Michael Fleischhauer — Fachbereich Physik, Universität
Kaiserslautern, D-67663 Kaiserslautern, Germany
Resonant nonlinear optics assisted by electromagnetically induced
transparency offers the opportunity to have both high nonlinearities and
low absorption simultaneously, giving the chance to practically realise
many interesting new effects. Using these techniques in an atomic double lamba system it is possible to obtain almost full conversion from
two pump beams to two generated beams in a very short interaction
length and with very weak pump fields (i.e. only a few photons). In our
approach we treat all four electromagnetic fields fully quantum mechanically, calculating exact numerical and mean-field results for quantities
such as mean photon number, Mandel Q parameters and the photon
wavefunctions.
Q 25 Poster: Halbleiterlaser
Raum: Lichthof
Polarization switching to the mode with lower linear net gain
in vertical-cavity surface-emitting lasers — •Markus Sondermann, Michael Weinkath, and Thorsten Ackemann — Institut für Angewandte Physik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster,
Corrensstr. 2-4, 48149 Münster, Germany
The polarization state of the light emitted by vertical-cavity surfaceemitting lasers can exhibit a variety of dynamical phenomena. The most
prominent one is the switching from one linearly polarized fundamental
transverse mode to the orthogonal one at increasing current (e.g. [1]).
Intrinsic anisotropies result in different emission wavelengths and in different linear (i.e. unsaturated) net gains of these modes. At threshold, typically the mode with the higher linear net gain is lasing [1]. In
this contribution, we report on the experimental observation of switching to the mode with lower linear net gain for the case of switching from
the shorter to the longer wavelength mode. This switching is identified by a decrease of output power and relaxation oscillation frequency
at the switching point. The experimental observations are compared to
a dynamical model [2] that incorporates non-linear relaxation processes
among inversion populations with opposite spin and a complex frequency
dependent susceptibility of the semiconductor gain material. The complementary switching from the mode with longer wavelength to the mode
with shorter wavelength is also investigated. The experimental and theoretical results agree on a qualitative level.
[1] M.P. van Exter, et al., Phys. Rev. A 58, 4191 (1998).
[2] S. Balle, et al., Opt. Lett. 24, 1121 (1999).
Vergleich von Halbleiter - Lasersystemen für den blauen und
ultravioletten Spektralbereich — •Wolfgang Kemp, Frank Lison, Wilhelm G. Kaenders und Thorsten Schmitt — TOPTICA Photonics AG, Fraunhoferstrasse 14, 82152 Martinsried
Wir stellen zwei Methoden vor, um schmalbandige, durchstimmbare
und frequenzstabile Laserstrahlung im blauen und ultravioletten Spektralbereich zu erzeugen.
Erstmalig wird hierbei eine GaN Laserdiode mit der Methode des In”
jection Locking“ frequenzstabilsiert. Als Seed Quelle dient ein gitterstabilisierter Diodenlaser bei einer Emmisionswellenlänge von 397nm. Dieses Verfahren verbindet die hohe Ausgangsleistung einer freilaufenden
Laserdiode mit den spektralen Eigenschaften eines gitterstabilisierten Diodenlasers. Damit wird ein einfaches und zuverlässiges Lasersystem unter
Berücksichtigung der maximal zulässigen optischen Leistung in der GaN
Diode realisiert.
Die zweite Methode nutzt die Strahlung eines nachverstärkten, gitterstabilisierten Diodenlasers bei einer Wellenlänge von 921,4 nm. Diese
wird resonant überhöht und mit einem periodisch gepolten KTP Kristall
resonatorintern frequenzverdoppelt. Dabei bleiben die spektralen Eigenschaften der Laserstrahlung erhalten. Mit einer fundamentalen Leistung
von 550mW konnte eine Leistung von 200mW erreicht werden.
Beide Systeme und ein gitterstabilisierter Diodenlaser im Littrow Aufbau werden hinsichtlich der spektralen Eigenschaften verglichen und die
Vor- und Nachteile des jeweiligen Aufbaus in Abhängigkeit der Applikation diskutiert.
Q 26 Poster: Festkörperlaser
Numerische Modellierung von diodengepumpten Hochleistungsfestkörperlasern — •Ralf Wilhelm, Martina Brendel,
Maik Frede, René Gau, Ivo Zawischa und Carsten Fallnich
— Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
Die Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation benötigen
als Strahlungsquellen einfrequente Grundmodelaser mit Ausgangsleistun-
Raum: Lichthof
gen um 200 W. Die ressourcenschonende, zielgerichtete Realisation derartiger Lasersysteme wird durch den Einsatz eines umfassenden numerischen Modells erheblich erleichtert. Ausgehend von der durch Messung oder durch Ray–Tracing–Analyse gegebenen Pumplichtverteilung
werden mit Hilfe eines Finite–Elemente–Programms die Temperatur–
und Spannungsverteilungen im Kristall berechnet. Über den temperaturabhängigen Brechungsindex sowie den piezooptischen Effekt werden
Quantenoptik
Dienstag
die ortabhängigen optischen Eigenschaften des Verstärkungsmediums ermittelt. Die Propagation des elektromagnetischen Feldes in Gegenwart
des Verstärkungsmediums wird durch gekoppelte Integralgleichungen beschrieben, die iterativ unter der Verwendung eines Split–Step–Fourier–
Verfahrens gelöst werden. Ergebnisse dieser Berechnungen sind Aussagen über die Beugungsmaßzahl M 2 und die Ausgangsleistung des Lasers.
Ohne die Verwendung von Anpassungsparametern wird die Ausgangsleistung verschiedener experimentell realisierter Laserkonfigurationen auf
etwa 10 % genau vorhergesagt. Entsprechend sollte die realisierte Modellierung eine zielgerichtete Skalierung des experimentell realisierten 100 W
Prototypen auf das angestrebte Leistungsniveau ermöglichen.
Upconversion-Laser-Betrieb und spektroskopische Eigenschaften von Pr3+ ,Yb3+ :BaY2 F8 — •Eugen Osiac1 , Ernst Heumann1 ,
Stefan Kück2 , Günter Huber1 , Elisa Sani3 , Alessandra Toncelli3 und Mauro Tonelli3 — 1 Institut für Laser-Physik, Jungiusstraße 9a, 20355 Hamburg, Germany — 2 Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Section 4.11, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
— 3 NEST - INFM, Dipartimento di Fisica, Universita’ di Pisa, Via Buonarroti 2, I-56127 Pisa, Italy
Pr3+ ,Yb3+ :BaY2 F8 Kristalle werden mit dem Czochralski-Verfahren
hergestellt; sie kristallisieren in der monoklinischen Raummgruppe C2h .
Die spektroskopischen Eigenschaften der Kristalle werden vorgestellt.
Ein effizienter Upconversion-Avalanche-Prozeß wird nachgewiesen und
analysiert. Mit Hilfe dieses Prozesses wird der Laser bei 822 oder
841nm mit einem Ti-Saphir-Laser angeregt und emittiert im orangenen
(607,5nm, 3 P0 → 3 H6 ) und roten (638,7nm, 3 P0 → 3 F2 ) Spektralbereich.
Die maximale cw-Laserleistung beträgt 55mW bei 607nm mit einem
differentiellen Wirkungsgrad von 27% bei Raumtemperatur. Im roten
Spektralbereich beträgt die maximale cw-Laserleistung 26mW mit einem
differentiellen Wirkungsgrad von 13,5%.
Diodengepumpte Festkörperlaser für den Nachweis von Gravitationswellen — •Martina Brendel, Ivo Zawischa, Ralf Wilhelm, Maik Frede, René Gau und Carsten Fallnich — Laser
Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
Für den Nachweis von Gravitationswellen werden vom Laser Zen-
trum Hannover entwickelte einfrequente diodengepumpte Lasersysteme
in den Projekten GEO600 (Verstärkungsmedium Nd:YAG, Ausgangsleistung 12 W, opt. Effizienz >35 %) und VIRGO (Nd:YVO4 , 22 W, >50
%) eingesetzt. Diese Systeme zeichnen sich durch ihre hohe Frequenzund Amplitudenstabilität und ihr gutes Strahlprofil (M 2 < 1, 1) aus.
Für die nächste Generation der Gravitationswellenobservatorien sind
Lasersysteme mit gleichen Anforderungen bei Ausgangsleistungen von
etwa 200 W erforderlich. Mittels injection locking“ sollen die Stabilitäts”
eigenschaften eines Masterlasers im mittleren Leistungsbereich auf einen
nachgeschalteten Nd:YAG-Hochleistungs-Oszillator übertragen werden.
Um einen möglichst großen Locking-Bereich nutzen zu können, wird dieser sogenannte Medium Power Master Laser“ mit einer Ausgangsleis”
tung im Bereich von 20 W benötigt. Aufgrund der unterschiedlichen
Abhängigkeit der Laseremissionswellenlängen der Medien Nd:YAG und
Nd:YVO4 ist ein injection locking“ des Hochleistungs-Oszillators auf
”
das vorhandene Nd:YVO4 -System nicht möglich, so daß ein Nd:YAGMasterlaser realisiert wurde.
Kompakter Nd:YAG-Laser hoher Strahldichte für die Materialstrukturierung — •Sebastian Ziem, Martin Ostermeyer und
Ralf Menzel — Universität Potsdam, Institut für Physik, 14469 Potsdam
Laser hoher Brillanz finden zunehmend Anwendungen in der Materialbearbeitung. Die derzeit am weitesten verbreiteten Festkörperlaser
auf der Basis von Nd:YAG können in ihrer Strahlqualitä t entscheidend
Durch Doppelbrechungskompensation im Resonator verbessert werden.
Im Prinzip sind solche Systeme im Augenblick mit Ausgangsleistungen
bis zu ca. 200 W verfügbar [1]. Es ist untersucht worden, inwiefern sich
das Resonatordesign auf kompakte Stablaser mit 3 mm Stabdurchmesser
und 50 mm Stablänge übertragen lässt. Es wurden Ausgangsleistungen
von 45 W bei einem M2 < 1,3 mit Pumpleistungen von rund 200 W pro
Stab realisiert. Mit Hilfe eines akusto-optischen Modulators wird der
Resonator mit Wiederholraten im kHz-Bereich gütegeschaltet. Zur Herstellung von dreidimensionalen photonischen Strukturen wird die dritte
Harmonische der Laserstrahlung erzeugt.
[1] M. Ostermeyer, G. Klemz, P. Kubina, R. Menzel, Applied Optics
41, 7573 (2002).
Q 27 Poster: Quantengase
Propagation von Bose–Einstein–Kondensaten durch Punktkontakte — •Tobias Paul, Peter Schlagheck und Klaus Richter
— Institut I für theoretische Physik, Universität Regensburg
In den letzten Jahren ist es gelungen kalte Atome in magnetischen
Fallen zu speichern, deren Abmessungen auf weniger als 100 nm reduziert werden können. Die benötigten Magnetfelder werden mittels
stromführender Golddrähte erzeugt, die auf einem Substrat appliziert
sind. Insbesondere lassen sich geeignete Fallengeometrien realisieren, welche die Propagation kalter Atome in diesen Strukturen erlauben (Atomic
Chip [1, 2]). Angesichts dieser experimentellen Erfolge ist das Transportverhalten von Bose–Einstein–Kondensaten in diesen mesoskopischen
Fallen von zentralem Interesse.
Wir betrachten die Propagation eines solchen Kondensats durch einen
Punktkontakt, der durch eine transversale Einschnürung im Potential der Magnetfalle gegeben ist. Ausgehend von der Gross–Pitaevskii–
Gleichung ist im adiabatischen Limes eine analytische Beschreibung des
Transportprozesses möglich [3]. Zudem untersuchen wir außerhalb des
Gültigkeitsbereiches der adiabatischen Näherung den Stromfluss durch
den Punktkontakt mit numerischen Methoden [4].
[1] J. Schmiedmayer et al. J. Mod. Optics 47, 2789 (2000).
[2] W. Hänsel, P. Hommelhoff, T. W. Hänsch and J. Reichel, Nature 413,
498 (1999)
[3] P. Leboeuf and N. Pavloff, Phys. Rev. A 64, 033602 (2001).
[4] H. Bachau et al. Rep. Prog. Phys. 64, 1815 (2001)
Raum: Lichthof
Numerical simulations of Bose Einstein condensate with laserinduced gravity — •Matt Kalinski1 , G. Kurizki2 , K. Vogel1 ,
and W. P. Schleich1 — 1 Abteilung für Quantenphysik, Universität
Ulm, Ulm Germany — 2 Department of Chemical Physics, The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel
Surprisingly the combination of few laser beams may generate an
attractive long-range interaction within the Bose-Einstein condestate
due to the interplay between dipole-dipole forces [1]. This is equivalent
to gravity forces with an enormously large modeled gravitational constant. We solve the complete 3-dimensional Gross-Pitaevskii equation
describing the system. Nondispersing structures of the condensate are
observed numerically without the external trap for soft-core model
potentials as quantum pressures are balanced by the self-interaction.
[1] D. O’Dell, S Giovanazzi, G. Kurizki, and V. M. Akulin, Phys. Rev.
Lett. 84, 5688 (2000).
Integrierter Atomchip für Bose-Einstein Kondensate —
•Andreas Günther, Sebastian Kraft, Herwig Ott, József
Fortágh und Claus Zimmermann — Physikalisches Institut der
Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 72076 Tübingen
Mittels lithographisch hergestellter Leiterbahnen lassen sich nahezu
beliebige Potentialformen zur Speicherung neutraler Atome realisieren.
Sie ermöglichen die Integration vieler atom-optischer Elemente auf einem
einzigen Chip. Nachdem es im Jahr 2001 gelungen ist, ein Bose-Einstein
Kondensat in solch einem Chip zu erzeugen, geht es nun darum, die
Möglichkeiten der Mikrostrukturierung auszunutzen. Wir präsentieren
einen neuen Dual-Layer Atomchip, der kompatibel mit der bereits existie-
Quantenoptik
renden Apparatur ist. Der Chip wird über einen adiabatischen magnetischen Transfer aus einer Magnetfalle mit Rubidiumatomen geladen. Die
Kondensation der Atomwolke findet dann direkt an der Mikrostruktur
statt. Auf dem Chip sind bereits alle zur Speicherung und Manipulation
von Kondensaten und atomaren Wolken notwendigen Mikroelektromagnete integriert. Zusätzliche äußere Felder sind somit unnötig. Durch die
Dual-Layer Technologie ist es uns möglich, ein on-chip Förderband zu integrieren, das einen kohärenten Transfer von Bose-Einstein-Kondensaten
über eine 2 cm lange Strecke erlaubt. Damit werden die auf dem Chip
befindlichen Experimente zugänglich gemacht. Wir präsentieren aktuelle
Ergebnisse unserer Forschung. Dazu gehören Experimente zur Dynamik
von Kondensaten in anharmonischen Wellenleitern, sowie Ergebnisse zu
Oberflächeneffekten, welche bei der Annäherung von Kondensaten und
thermischen Wolken an stromdurchflossene Leiter auftreten.
Quantum degenerate Fermi-Bose mixtures — •Christian Ospelkaus, Silke Ospelkaus-Schwarzer, Kai Bongs, and Klaus
Sengstock — Institut für Laser-Physik; Jungiusstraße 9; 20355 Hamburg
Like their bosonic counterpart, dilute atomic Fermi quantum gases offer a rich phase diagram with the Pauli exclusion principle resulting in
fundamentally different behaviour compared to bosonic systems.
We present progress on the realization of an experimental setup for the
simultaneous creation of quantum degenerate samples of fermionic 40 K
and bosonic 87 Rb. The apparatus is based on a double 2-species MOT
design with a 2D source MOT and a 3D collection MOT. We present
a scheme for selective forced microwave evaporative cooling of a lasercooled mixed sample on the 87 Rb hyperfine transition in a magnetic trap
leading to sympathetic cooling of Potassium.
We will discuss planned experiments on fundamental excitations
(monopole and quadrupole oscillations, single particle excitations and
their influence on heating) as well as the possibility of observing solitons
in Fermi and Bose-Fermi systems. These discussions will be complemented by the presentation of projected experiments on fermion-fermion
and fermion-boson correlations in optical lattices which might also serve
as a beneficial environment for the observation of a BCS transition.
Feldinduzierte adiabatische Potentiale und Erzeugung zweidimensionaler Fallen für Bose-Einstein Kondensate — •Oliver
Zobay1 und Barry M. Garraway2 — 1 Theoretische Quantenphysik,
Technische Universität Darmstadt, 64289 Darmstadt — 2 Department of
Physics and Astronomy, University of Sussex, Brighton BN1 9QH, United Kingdom
Mit Hilfe zeitabhängiger adiabatischer Potentiale, die durch
Radiofrequenz-Felder induziert werden, lassen sich neue Typen von
Fallen für atomare Bose-Einstein Kondensate erzeugen. Wir zeigen,
wie mit dieser Methode Materiewellen-Blasen und zweidimensionale
Atomfallen präpariert werden können [1, 2]. Die Blasenzustände“, bei
”
denen das Kondensat auf einer Kugeloberfläche lokalisiert ist, entstehen,
wenn der Einfluss des Erdgravitationsfeld kompensiert wird.
Andererseits kann das Gravitationsfeld dazu benutzt werden, um zweidimensionale Atomfallen herzustellen. Es wird gezeigt, dass auf diese Weise unter bestimmten Bedingungen ein zweidimensionales BoseEinstein Kondensat erzeugt werden kann.
[1] O. Zobay und B. M. Garraway, Phys. Rev. Lett. 86, 1195 (2001).
[2] O. Zobay und B. M. Garraway (in Vorbereitung).
Untersuchungen zur Lichtpropagation in Gödels Universum —
•Endre Kajari, Reinhold Walser, Gerrit Nandi und Wolfgang Schleich — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm,
89069 Ulm
Anläßlich Einsteins 70. Geburtstages im Jahre 1949 veröffentlichte
Kurt Gödel eine neue kosmologische Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen [1], die ein homogenes, aber anisotropes Universum beschreibt, in welchem die felderzeugende Materie um den Weylschen
Trägheitskompaß rotiert. Dieses Universenmodell besitzt einige interessante Eigenschaften, wie beispielsweise geschlossene zeitartige Weltlinien und wird oft in erkenntnistheoretischen Fragestellungen bezüglich der
Gültigkeit des Machschen Prinzips in der Allgemeinen Relativitätstheorie
herangezogen. Unser Interesse richtet sich auf die Propagation von Licht
in diesem Modell. Ein erster Zugang hierzu bildet die Untersuchung von
Lichtstrahlen, die im Sinne der geometrischen Optik durch Nullgeodäten
Dienstag
in der Gödelschen Metrik dargestellt werden. Die allgemeine Integration
der Geodätengleichungen erfolgte durch W. Kundt [2]. Als praktische
Anwendung wäre die Realisierung eines Analogons des Gödelschen Universums in Hinsicht auf die Lichtausbreitung in einem kalten Quantengas
mit ortsabhängigem Brechungsindex denkbar [3].
[1] K. Gödel, Rev. Mod. Phys. 21, 447 (1949)
[2] W. Kundt, Zeitschrift für Physik 145, 611 (1956)
[3] U. Leonhardt und P. Piwnicki, Phys. Rev. A, 60 4301 (1999)
Light tells matter how to move and matter tells light how to
bend — •Gerrit Nandi, Reinhold Walser, Endre kajari, and
Wolfgang P. Schleich — Universität Ulm, Abteilung für Quantenphysik, 89069 Ulm
Light is definitely the most versatile tool to examine and to manipulate
gaseous matter. For example, by detecting the phase shift of an optical
wave, one can probe almost non-destructively the state of a condensed
bosonic gas. In contrast to that, one can design light fields to trap atoms
mechanically due to the optical dipole force (e.g. optical lattices, FORT
traps etc.). In many situations, it is possible to focus solely on one aspect
and to disregard the other.
In this contribution, we are going to study the collective the aspect of
light propagation through atomic samples theoretically. In particular, we
examine various ways to influence the index of refraction through density
variation (i.e. self-focusing [1]) or quantum interference (i.e. EIT [2]).
[1] P. W. Milonni, J. H. Eberly, Lasers, Wiley (1988)
[2] S.E. Harris, Physics Today, 50 (7), 36 (1997)
Is the ground state energy of a Bose condensate a function of
the scattering length only? — •Christoph Weiss — Carl-vonOssietzky-Universität, Fachbereich Physik, 26129 Oldenburg
It is generally believed that the ground state energy of a translationally
invariant Bose condensate is a function of the scattering length only. This
topic is reinvestigated both for Bose gases interacting via weak potentials
and for Bose gases interacting via hard core potentials.
Interferometric measurements with phase fluctuating BoseEinstein condensates — •D. Hellweg1 , M. Kottke1 , T.
Schulte1 , S. Drenkelforth1 , L. Cacciapuoti1 , K. Sengstock2 ,
J.J. Arlt1 , and W. Ertmer1 — 1 Institut für Quantenoptik,
Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover — 2 Institut für
Laserphysik, Universität Hamburg, Jungiusstr. 9, 20355 Hamburg
The fascinating properties of Bose-Einstein condensates are in many
respects strikingly different from those of thermal atoms. Many of these
fundamental differences result from the macroscopic occupation of a single quantum state and the existence of a macroscopic phase. Promising
applications of Bose-Einstein condensates, such as their use as a source
for atom lasers and interferometric measurements rely on the coherence
properties of these ensembles.
We present detailed studies of the phase correlation properties of elongated BECs. It will be shown that at finite temperature the condensate phase is not uniform but undergoes statistical fluctuations with an
average value depending on the system parameters. The influence of
phase fluctuations on interferometric measurements is shown and these
measurements are used to observe the spatial coherence of the sample.
Our results set important limitations for the use of very elongated BECs
such as they are typically produced by microtrap experiments for phasesensitive measurements.
Renormalization Group Of A Harmonically Trapped Interacting Bose Gas — •Georgios Metikas, Oliver Zobay, and Gernot Alber — Theoretische Quantenphysik, Institut für Angewandte
Physik, TU Darmstadt
We derive renormalization group equations for a dilute interacting Bose
gas in an isotropic harmonic trap with repulsive short-range interactions.
For this purpose the bosonic field is split in high and low energy modes
and energy shells are integrated out successively [1]. We point out the
qualitative differences from the homogeneous case; due to the system
having finite size, the maximum number of renormalization steps is finite
[2], and, due to the discreteness of the energy eigenvalues, the density
of states is now given by a more complicated expression. We then show
how the homogeneous limit can be obtained from our results. Finally, we
Quantenoptik
Dienstag
proceed to the study of universal and non-universal critical properties by
means of both analytical and numerical methods.
[1] G. Metikas and G. Alber, J.Phys. B35, 4223, (2002)
[2] J.O. Andersen and M. Strickland, Phys.Rev. A60, 1442, (1999)
Wechselwirkung ultrakalter Cäsium Atome mit Rubidium Atomen — •Bernhard Klöter, Daniel Frese, Michael Haas, Margit Dornseifer, Moritz Ringler, Arno Rauschenbeutel und
Dieter Meschede — Institut für Angewandte Physik, Wegelerstr. 8,
53115 Bonn
Wir wollen Cäsiumatome mit einem Rubidium BEC sympathetisch
kühlen und die Wechselwirkung der beiden Spezies untersuchen. Die
Rb-Cs Streulänge als kritscher Parameter dieses Experiments ist bisher
nicht ausreichend bekannt. Wir planen daher Vorexperimente, die diese
Größe genauer bestimmen. Bei homonuklearen Molekülen hat sich die
Photoassoziationsspektroskopie als die präziseste Methode erwiesen (E.
Tiesinga et al, A Spectroscopic Determination of Scattering Lengths for
Sodium Atom Collisions J. Res. Natl. Inst. Stand. Tech. 101, 505
(1996)). Bei heteronuklearen Molekülen ist dieses Verfahren noch kaum
benutzt worden, da die zu erwartenden Photoassoziationsraten oft zu
klein waren.
Um die Photoassoziationrate in unserem Fall abschätzen zu können,
haben wir die Schrödingergleichung numerisch mit einem ab initio Potential (A.R. Allouche et al., Theoretical electronic structure of RbCs
revisited J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 33, 2307 (2000)) gelöst und
mit den errechneten Wellenfunktionen die Franck-Condon Faktoren des
Übergangs von atomarem Cs und Rb in den molekularen 3 Π2 Zustand
abgeschätzt. Unter Berücksichtigung unserer experimentellen Parameter lassen diese Rechnungen Raten erwarten, welche zum Beispiel mit
Methoden der Fallenverlustspektroskopie nachgewiesen werden können.
Bose-Einstein-Kondensation von Cäsium — •Tino Weber, Jens
Herbig, Michael Mark, Hanns-Christoph Nägerl und Rudi
Grimm — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, A6020 Innsbruck
In einer optischen Dipolfalle, kombiniert mit einem Magnetfeldgradienten zur Schwerkraftkompensation (Levitation), haben wir ein BoseEinstein-Kondensat (BEC) von Cäsium im absoluten Grundzustand
F =3, mF =3 erzeugt [1]. In der Falle können wir die Wechselwirkung zwischen den Cs-Atomen durch Anlegen eines zusätzlichen homogenen Magnetfeldes in einem großen Bereich variieren, da die s-Wellen-Streulänge
aufgrund von Feshbach-Resonanzen eine starke Abhängigkeit vom lokalen Magnetfeld zeigt.
In ersten Experimenten haben wir in nichtkondensierten Ensembles
Dreikörper-Wechselwirkungen bei verschiedenen Streulängen untersucht
und Skalierungsgesetze für die Ratenkoeffizienten experimentell
bestätigt. Im BEC hingegen zeigt sich der Einfluß der Streulänge
auf die interne Wechselwirkungsenergie; wir können implodierende,
explodierende und eingefrorene“ Kondensate erzeugen.
Weitere
”
Experimente zur Molekülbildung an Feshbachresonanzen und zur
Kondensatdynamik bei extremen Streulängen sind damit möglich.
10.1126/science.1079699.
Licht-Materiewellen-Hybrid Interferometer: ein ultrasensitives
Gyroskop mit Dunkelzustandspolaritonen — •Frank Zimmer
und Michael Fleischhauer — Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern
Ein neuartiges Gyroskop, das die Vorteile von Licht- (große Fläche)
und Materiewelleninterferometern (hohe Empfindlichkeit) verbindet,
wird vorgestellt. Es basiert auf der kontrollierten Propagation von Dunkelzustandspolaritonen in kalten Gasen, die es erlauben die kohärenten
Anregungen von Laserlicht in atomare Anregungen zu transferieren.
Durch den gleichzeitigen Impulsübertrag wird eine kohärente Materiewelle erzeugt. Die Sagnacphasenverschiebung dieser Welle kann durch
Rücktransfer in eine elm. Welle und Interferenzmessung detektiert werden. Die Empfindlichkeit des Materiewellen-Licht-Hybrid Interferometers wird berechnet und optimale Arbeitsbedingungen diskutiert.
Bose Einstein Condensation in a Microtrap — •Th. Straßel,
Ch. vom Hagen, A. Kasper, M. Rückel, St. Schneider, L.
Feenstra, and J. Schmiedmayer — Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg, Germany
The aim of our work is the manipulation of cold atoms on atom chips,
ensembles of surface mounted wire traps, lithographically made in a gold
layer on a silicon substrate. The wires withstand current densities up
to 107 A/cm2 . We present the creation of a Bose-Einstein condensate
(BEC) of 87 Rb in a magnetic microtrap, which can be used as a source
for the atom chip. The heart of our experimental set up is the atom chip
holder consisting of a copper H-shaped structure, with the atom chip on
top of it. This two-layered set up allows to implement trap geometries
of different sizes. We use a double-MOT setup with a continuous push
beam from a vapour cell MOT to load a mirror-MOT in an ultra-high
vacuum chamber with ∼ 109 atoms in 20 s. The chip itself acts as the
mirror. To bring the atoms closer to the surface, the quadrupole field of
external coils is replaced by that of a U-current in the H-structure. After
a subsequent optical molasses the Z-trap (Ioffe-Pritchard type trap) is
loaded. Compression and RF-evaporation cooling reduce the temperature in 19 s to ∼ 600 nK, giving a BEC of typically 3×105 atoms, 250 µm
above the surface of the chip. We can transfer the atoms from the copper
Z-trap to the atom chip in typically 100 ms.
Acknowledgements: atom chip: R. Folman (design); Weizmann Institute of Science, Israel (fabrication). Funding: DFG (SCHM 1599/2-1),
EU (ACQUIRE), A.v.Humboldt Stiftung (LF).
Finite-temperature quantum properties of bosonic atoms in
optical lattices — •Lev Plimak, Bernd Schmidt, and Michael
Fleischhauer — Fachbereich Physik, Univ. Kaiserslautern
We discuss a numerical approach to calculate equilibrium properties of
interacting Bose systems. In particular we analyze a system of strongly
interacting bosons in a one-dimensional periodic lattice in the tightbinding limit described by the Bose-Hubbard Hamiltonian [1]. By “embedding” the density-matrix renormalisation group technique of White
[2] into a stochastic simulation algorithm, we propose a numerical method
which is capable of treating large-size systems (i.e. with more than 100
sites) at temperatures low enough for quantum correlations to dominate
thermal correlations. This regime of low temperatures and strong interactions is not easily accesible by other techniques.
[1] D. Jacksch et al., Phys. Rev. Lett. 81, 3108 (1998).
[2] S. R. White, Phys. Rev. B48, 10345 (1993).
Q 28 Poster: Quanteninformation
Erzeugung und Nachweis kohärenter Superpositionen in metastabilem Neon — •Frank Vewinger, Ruth Garcia-Fernandez,
Manfred Heinz und Klaas Bergmann — Fachbereich Physik der
Universität, D-67653 Kaiserslautern
Wir berichten über Experimente zur Erzeugung und zum Nachweis
kohärenter Superpositionszustände in metastabilem Neon. Die Versuche
werden an einem transversal kollimierten Neon-Überschallstrahl durchgeführt. Die Superposition wird mittels Tripod-STIRAP [1,2] zwischen
Raum: Lichthof
zwei Zeemanniveaus des 3 P2 -Zustands erzeugt,
1
|Ψ >= √ [|J = 2, m = −1 > +|J = 2, m = +1 > eiγ ].
2
Dabei kann die relative Phase γ der Superposition durch geeignete
Wahl der Polarisation bei der Erzeugung als auch durch ein geeignetes
Magnetfeld frei gewählt werden.
Der Nachweis erfolgt über die
kohärente Anregung in das 3 P1 -Niveau durch das sog. phase-topopulation-mapping.
Quantenoptik
[1] H. Theuer, R. G. Unanyan, C. Habscheid, K. Klein, and K. Bergmann,
Opt. Expr. 4, 77 (1999)
[2] R. G. Unanyan, M. Fleischhauer, K. Bergmann, and B. W. Shore,
Opt. Commun. 155, 144-154 (1998)
Quantum Estimation with Finite Non–classical Resources —
•Thorsten Bschorr and Matthias Freyberger — Abteilung für
Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm
We discuss the estimation of characteristic parameters that define a
quantum device. In particular, we study estimation schemes for quantum channels under the constraint that only a finite amount of qubits
is available. It turns out that maximally entangled qubits can serve as
a nonclassical resource for the estimation of a Pauli channel. We then
generalize our model in such a way that all qubits involved are realistically influenced by noise. The estimation step of these schemes can be
performed using several techniques. We demonstrate the benefits and
disadvantages of each technique.
Interferenz zweier heller Verschränkungsquellen: Verschränkungsaustausch und Vielparteienverschränkung — •Oliver
Glöckl, Stefan
Lorenz, Christoph
Marquardt, Joel
Heersink, Peter van Loock, Natalia Korolkova und Gerd
Leuchs — Zentrum für Moderne Optik, Physikalisches Institut,
Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7/B2, 91058 Erlangen
Verschränkung kontinuierlicher Variablen ist die Grundlage für Quantenkommunikation und Quantennetzwerke, wobei helle, kontrollierbare
Lichtquellen und effiziente Detektoren Verwendung finden. Wichtige
Bausteine für Anwendungen sind Verschränkungsaustausch und die Erzeugung von Mehrparteienverschränkung. Wir stellen ein Experiment
vor, in dem zwei Paare unabhängiger, verschränkter Strahlen erzeugt
werden. Durch die Interferenz und Messung von zwei verschränkten
Teilstrahlen dieser Quellen wird es möglich, Experimente hin zu Verschränkungsaustausch kontinuierlicher Variablen durchzuführen. Durch
eine direkte Analyse der gemessenen Photoströme konnte gezeigt werden,
daß die Korrelationen der Amplitudenquadratur erfolgreich übertragen
werden können. Für den Nachweis der Übertragung von Korrelationen
in der Phasenquadratur sind jedoch Phasenmodulation oder interferometrische Meßtechniken notwendig. Weiter zeigen wir, daß durch die
Interferenz der verschränkten Strahlen ein stark korrelierter Vierparteienzustand erzeugt wird, der sich sogar als vierparteienverschränkt erweist.
Adaptive quantum networks — •Stefan Probst and Matthias
Freyberger — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069
Ulm
In classical data processing also learning systems are used besides of
problem-specific developed algorithms. Such a system can be represented
by a network of small adaptable units. In the field of quantum information such an adaptive quantum network can be built up by simple
adaptable quantum-mechanical operations. We discuss, how such a network can be developed and if there are advantages compared to classical
adaptive systems. In particular we analyse whether such systems can be
used for pattern recognition.
Zur Zerlegung Hermitescher Operatoren in lokale Messungen
— •Otfried Gühne1 , Philipp Hyllus1 , Dagmar Bruß1 , Artur
Ekert2 , Maciej Lewenstein1 , Chiara Macchiavello3 und Anna
Sanpera1 — 1 Institut für Theoretische Physik, Universität Hannover,
Appelstr. 2, D-30167 Hannover — 2 DAMTP, University of Cambridge,
Wilberforce Road, Cambridge CB3 OWA, UK — 3 Dipartimento di Fisica
Ä. Voltaünd INFM-Unitá di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia
Für einen gegebenen Operator W auf einem Tensorprodukt zweier Hilberträume liegt die Frage nahe, wie man seinen Erwartungswert mit
möglichst wenigen lokalen Messungen bestimmen kann. Diese Frage
ist im Besonderen für Zeugenoperatoren interessant, weil eine solche
Zerlegung einen lokalen Nachweis von Verschränkung ermöglicht. Wir
präsentieren diverse Resultate über optimierte Zerlegungen, auch in Dreiund Vierparteiensystemen. Auch auf den Zusammenhang zwischen lokalen Zerlegungen von Zeugenoperatoren und Bellschen Ungleichungen
wird eingegangen.
Dienstag
Coherent exchange of quantum information between light and
atomic ensembles — •Jonas Ries, Björn Brezger, and Alexander I. Lvovsky — Fachbereich Physik, M696, Universität Konstanz,
D-78457 Konstanz, Germany
Plenty of present research is dedicated to quantum information processing, using either atoms or photons. To combine the advantages of
both approaches, it is desirable to develop an interface that would allow
coherent, completely reversible transfer of quantum information between
these two media. We present an experimental project dedicated to developing such an interface. In particular, we study polarization self-rotation
in atomic alkali vapor and its application to squeezing of optical vacuum
states. Our future efforts include the implementation of storage of nonclassical optical states in atomic ensembles and conditional preparation
of non-classical atomic states.
Dynamics of Nonlinear Maps for Quantum Information Processing — •Gernot Alber1 , Igor Jex2 , and Tamas Kiss3 —
1
Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, D64289 Darmstadt — 2 Department of Physics, FJFI ČVUT, Břehová 7,
CZ-115 19 Praha 1, Czech Republic — 3 University of St. Andrews, St.
Andrews, Scotland
In various processes of quantum information processing, such as purification /1,2/ and state discrimination /2,3/, special types of nonlinear
quantum maps are required. These maps (transformations) are obtained
by combining a conditional-not operation, local unitary operations and
projections onto specific states of the subsystems formed by two or more
particles. We investigate the mathematical properties of these transformations for two two-state systems with respect to the appearance of
chaos. We discuss possible routes to chaos and show for certain regimes
that intermittency of type II is a possible scenario. On the basis of analytical as well as numerical results the consequences of these dynamical
aspects are discussed with particular emphasis on purification protocols
for highly entangled states.
/1/ D. Deutsch, A. Ekert, R. Josza, Ch. Machiavello, S. Popescu,
and A. Sanpera, Phys. Rev. Lett. 77, 2818 (1996).
/2/ H. Bechmann-Pasquinucci, B. Huttner, and N. Gisin,
Phys. Lett. A 242, 198 (1998).
/3/ A. Chefles, Contemp. Physics 41, 401 (2000).
Entangled quantum solitons for quantum information processing — •Lothar Schlafer, Matthias Freyberger, and Victor
V. Kozlov — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, D-89081
Quantum solitons in optical fibers and optically thick two-level media
are effectively described by the formalism of Quantum Inverse Scattering Method in which a single soliton naturally appears as a compound
consisting of two quantum particles. Within this description, the propagation of the soliton through the nonlinear medium manifests itself as
the quantum-mechanical evolution of the two-particle compound including the development of inter-particle correlations. The last are quantified
as entanglement. We present the mechanistic picture of optical solitons
in both the Heisenberg and the Schrödinger representation and demonstrate their capabilities in performing quantum-information tasks.
Quantum and Classical Teleportation of Continuous Variables
— •Bernd Mohring and Matthias Freyberger — Abteilung für
Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm
Using a non-ideal quantum channel, the teleportation of an unknown
quantum state from Alice to Bob does not yield the original state. However, it is still possible to calculate the teleported state with the help
of the P -distribution of the initial state. The main goal of a non-ideal
teleportation is to achieve on average the best possible fidelity. We compare quantum teleportation to a classical scheme for teleportation, which
does not use any quantum channel. We find that not in every case the
quantum scheme is better than such a “classical” teleportation. That
is especially true if we have specific knowledge about the initial state.
To verify this, we show analytic examples for Fock states and coherent
states.
Quantenoptik
Towards Quantum Information Processing on Atom Chips —
•P. Krüger1 , S. Wildermuth1 , M. Brajdic1 , S. Groth1,2 , I. BarJoseph2 , R. Folman1 , M. Andersson1 , and J. Schmiedmayer1 —
1
Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, D-69120 Heidelberg —
2
The concept of an atom chip, i.e. trapping, guiding, and manipulating cold neutral atoms in micropotentials created by small scale (µm)
surface mounted structures, is investigated concerning its possible usage for scalable quantum information processing (QIP). Contemplated
possibilities for the realization of qubits include internal (e.g. hyperfine
states) and external (e.g. motional states in the trapping potential) degrees of freedom of the atom. Here, we present the status of experiments
aiming at testing the feasibility of different qubit-implementations with
the ultimate goal of demonstrating a fully operational 2-qubit gate. A
newly set up apparatus was designed to facilitate the production of a
Bose-Einstein condensate of 87 Rb atoms which forms the starting point
for the experiments. The influence of (conducting) surfaces on the qubit
evolution constitutes an important concern that will be investigated by
interferometric methods. Both theoretical predictions and experimental
interferometer designs will be shown. We also present QIP-relevant experimental results obtained in a 7 Li setup. This project is funded by the
DFG and the EU (ACQUIRE collaboration).
[1] R.Folman et al., Adv.At.Mol.Phys. 48, 263 (2002).
[2] P.Krüger et al. submitted to Quantum Information Processing
(T.Beth, G.Leuchs eds.).
Towards single atom detection on a Chip — •Christian
Hock1 , Albrecht
Haase1 , Sönke Groth1 , Ron Folman1 ,
Peter Horak2 , Bruce Klappauf2 , and Jörg Schmiedmayer1
— 1 Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, D-69120 Heidelberg
— 2 Optoelectronics Research Centre, University of Southampton,
Southampton SO17 1BJ, UK
The manipulation of cold neutral atoms on atom chips has attracted
growing interest in the last year. So far experiments have exploited the
interaction of atoms with magnetic potentials created by current carrying microstructures on the chip. In order to develop atom chips towards
a universal tool for quantum information processing, other interactions
have to be integrated, for instance atom-light interaction. Our work focuses on the implementation of micro-optics on the chip, and thereby
detecting atoms. We investigated the feasibility of state selective single
atom detection using integrated microcavities.
Here we present our theoretical models which suggest that high fidelity
single atom detection is feasibel using existing technologies. We are currently implementing a test experiment. We describe our setup, details of
the fabrication of an atom chip containing a fibre cavity and preliminary
experiments. Finally we discuss ideas for further steps towards a full
integration of on-chip light optics.
The experiment is funded by the Landesstiftung Baden-Württemberg
and the EU(ACQUIRE collaboration).
Unterdrückung von Dekohärenzprozesse in kollektiven atomaren Quantenspeichern — •Claudia Mewes und Michael
Fleischhauer — FB Physik, TU Kaiserslautern
Im Zusammenhang mit der Nutzung von verschränkten VielteilchenZuständen als Quanteninformationsspeicher ist die Frage nach ihrer Sensitivität bezüglich Fehlern von entscheidender Bedeutung. Der Einfluss
verschiedener Dekohärenzprozesse auf die Güte eines Quantenspeichers
für Photonen, basierend auf kollektiven atomaren Anregungen, wird
mit Hilfe eines Quasiteilchenbildes [1] diskutiert. Es wird gezeigt, dass
Äquivalenzklassen von Speicherzuständen existieren und dass Badwechselwirkungen, die nur Übergänge innerhalb dieser Klassen bewirken, keinen Einfluss auf die Güte haben. Im Detail werden der Einfluss von
Ein-Atomfehlern, wie Spinflips, Dephasierungsprozesse und Atomverluste, behandelt. Weiterhin wird die Auswirkung eines nichtadiabatischen Ausleseprozesses eines fehlerhaften Speicherzustand sowie inhomogene Kopplungen des klassischen Kontrollfeldes und des zu speichernden
Lichtpulses an das Medium analysiert. Darüberhinaus wird eine Bedingung für die Zwei-Photonen-Verstimmung im Hinblick auf einen erfolgreichen Speicher- und Ausleseprozess diskutiert [2].
[1] M. Fleischhauer, C. Mewes, IL NUOVO CIMENTO, Proceedings of
the International School of Physics Enrico Fermi, to be published
[2] C. Mewes, M. Fleischhauer, Phys. Rev. A 66 (2002) 033820
Dienstag
Geometric quantum-gate operations without dynamical phases
using stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) — •R.
G. Unanyan, M. Fleischhauer, and K. Bergmann — Fachbereich
Physik der Universität Kaiserslautern, 67653 Kaiserslautern, Germany
We propose a scheme for quantum computation based only on geometric adiabatic manipulations. Recently Jones et. al [1] demonstrated
an implementation of a conditional geometric phase gate based on nuclear magnetic resonance and using spin echo to cancel the dynamical
phase. In order to achieve an evolution that does not depend on specific
interaction parameters i.e. on a dynamical phase, we use as the state
vector a nulleigenvalue adiabatic state. Evolution of such a state has
no dynamical phase. For the implementation we propose an extension
of 3-level STIRAP to a tripod-linkage system as used in [2]. Recently
Duan et.al [3] employed this idea for geometric quantum computation.
Their two-qubit operation, however, requires the change of the relative
phase of laser fields in a cyclic way. We here propose a more general
scheme that avoids control of all external phases. It is illustrated for the
case of two interacting spin-1 particles but can be applied to any pairs
of dipole-interacting three level atoms.
[1] J. A. Jones, et al, Nature, 403, 869 (1999).
[2] H.Theuer, et al, Optics Express, 4, 77 (1999).
[3] L.-M. Duan, J. I. Cirac, P. Zoller, Science 292, 1695 (2001).
Kombination eines optischen Mikrosphären-Resonators mit
einer magnetischen Chipfalle — •Romain Long1,2 , Valérie
Levèvre-Seguin2 , Serge Haroche2 , Theodor W. Hänsch1 und
Jakob Reichel1 — 1 MPI für Quantenoptik und Sektion Physik der
Universität München — 2 Laboratoire Kastler Brossel de l’E.N.S., Paris
Detektion einzelner Atome ist eine Voraussetzung für das Auslesen
von Quantengatter-Operationen, wie sie für optische Gitter und magnetische Mikrofallen vorgeschlagen wurden. Erfolgversprechend und über
den Bereich der Quanteninformation hinaus interessant ist eine “QND”Detektion, bei der nur die Phase des atomaren Zustands verändert wird,
nicht aber seine Energie. Eine solche Detektion ist mit den Methoden der
Resonator-QED möglich. Unser Ziel ist es, ein einzelnes, in einer magnetischen Chipfalle gefangenes Atom an eine Flüstergalerie-Resonatormode
einer Silica-Mikrosphäre (Durchmesser ca. 40 µm) zu koppeln. Kürzlich
konnten wir erstmals den Transport kalter Atome über die nötige Distanz
MOT-Mikrosphäre von ca. 7 cm demonstrieren. Ein weitere experimentelle Hürde ist die Lichteinkopplung in die Resonatormode, die nur über
das evaneszente Feld an der Oberfläche der Sphäre zugänglich ist. Einen
entsprechenden, vakuumtauglichen Koppler haben wir entwickelt und erfolgreich getestet. Die neuesten Ergebnisse des Experimentes werden hier
vorgestellt.
Gaussian Operations and the Distillation of Gaussian States —
•Geza Giedke1,2 und J.Ignacio Cirac1 — 1 Max-Planck-Institut für
Quantenoptik, Garching — 2 4.Physikalisches Institut, Universität Stuttgart
We characterize the class of all physical operations that transform
Gaussian states to Gaussian states. We show that this class coincides
with that of all operations which can be performed on Gaussian states
using linear optical elements and homodyne measurements. For bipartite systems we characterize the processes which can be implemented by
local operations and classical communication, as well as those that can
be implemented using positive partial transpose preserving maps. As an
application, we show that Gaussian states cannot be distilled by local
Gaussian operations and classical communication.
Generalized concurrence: Application to separability and distillability — •Florian Hulpke1 , Maciej Lewenstein1 , J. Ignacio
Cirac2 , and Barbara Kraus2 — 1 Institut für Theoretische Physik,
Universität Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover — 2 Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str., 85748 Garching
We investigate the properties of a quantity denoted as pseudoconcurrence, which is based on the generalized concurrence of [1][2][3]. This
quantity gives us another method to quantify entanglement by the way,
that it provides us with a powerful separability check which is better
than the criterion of the partial transposition.
[1] W.K. Wootters Phys. Rev. Lett., 80, 2245
Quantenoptik
Dienstag
[2] K. Audenaert; F. Verstraete; B. De Moor Phys. Rev. A 64, 052304
[3] P. Badziag; P. Deuar; M. Horodecki; P. Horodecki;R. Horodecki; J.
Mod. Opt. 49,1289
Fractional volume in the space of operations — •Jarek Korbicz,
Dagmar Bruß, and Maciej Lewenstein — Institut für Theoretische
Physik, Universität Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover
We apply the methods of learning theory developed in the context of
neural networks to calculate the fractional volume in the space of noisy
unitary operations. By noisy unitary operations we mean a mixture of
an unitary operation and white noise. The results allow us to qualify and
to a certain extend to quantify the robustness of noisy unitary computers
as a functionof the character of the task and the error level.
Quantum control of light/matter interaction: quantum memory
for light — •Klemens Hammerer and J. Ignacio Cirac — MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse, D-85748
Garching, Germany
Recent experiments [1] show that off-resonant light/matter interaction
in a warm atomic ensemble can be used for the purpose of quantum
memory. Within the setting of these experiments we analyze from a control theoretic point of view how the given interaction between light and
matter can be employed optimally to achieve various tasks like creating
entangled or squeezed states or mapping the quantum state of light onto
atoms and vice versa.
[1] Julsgaard B, Kozhekin A, Polzik ES, Nature, 413 (6854): 400-403
SEP 27 2001
Q 29 Poster: Quantenkommunikation und -computer
Raum: Lichthof
Direkte sichere Kommunikation mit 2-Qubit-Zuständen —
•Oliver Schulz1 , Almut Beige2 , Berthold-Georg Englert3 ,
Christian Kurtsiefer1 und Harald Weinfurter1,3 — 1 Sektion
Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, München — 2 Imperial College,
London — 3 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Sichere Kommunikation mit Mitteln der Quantenmechanik wird meistens
mit Quantenkryptographie in Verbindung gebracht. Hierbei verwendet
man einzelne Quantensysteme (üblicherweise Photonen) zur Erzeugung
eines geheimen Schlüssels bei Sender (Alice) und Empfänger (Bob).
Die Erweiterung des Hilbertraumes der Photonen (z.B. zwei Qubits pro
Photon) ermöglicht aber die deterministische Übertragung von klassischer Information und gleichzeitige Überprüfung der Sicherheit des Quantenkanals. Dies erlaubt die direkte sichere Kommunikation, ohne vorher
einen Schlüssel zu vereinbaren[1].
Für das Experiment verwenden wir einzelne Photonen als Träger zweier
Qubits, die durch die Polarisation und die Ortsmode des Photons kodiert werden. Alle bei diesem Protokoll verwendeten 2-Qubit-Zustände
des Photons lassen sich durch Drehung des Polarisationsqubits aus einem
Bell-Zustand erzeugen, der durch ein asymmetrisches Mach-ZehnderInterferometer mit polarisierenden Strahlteilern präpariert wird. Ebenso
ist die Analyse der Zustände nur mit linearen optischen Komponenten
möglich. So kann mit einfachen Mitteln die deterministische, sichere
Übertragung von einem Bit pro Photon realisiert werden.
[1] A. Beige et al., J. Phys. A 35, L407 (2002)
Entwicklung einer miniaturisierten, segmentierten, linearen
Paulfalle — •Thomas Deuschle, Felicity Splatt, Hartmut
Häffner, Rainer Blatt und Ferdinand Schmidt-Kaler —
Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Österreich
Quantengatter mit lasergekühlten Ionen sind im Prinzip skalierbar mit
einer beliebigen Zahl von Quantenbits. Jedes Ion stellt ein Quantenbit
dar. Wir stellen eine segmentierte Paulfalle mit zeitlich variablen Fallenpotenzialen vor. Durch Veränderung der Spannungen ist es möglich,
Ionen in diesen maßgeschneiderten Potenzialen zu speichern und in den
Potenzialminima zu transportieren. Die Simulation einer solchen miniaturisierten, segmentierten Falle ermöglicht eine Optimierung der Fallenparameter. Die typische Dimension der Segmente liegt dabei im Bereich
von einigen 100 µm. Nächste Schritte sind die Realisierung und der Test
einer solchen linearen Falle.
Quantenkryptographie mit hellen Lichtstrahlen — •Stefan
Lorenz, Christine Silberhorn, Oliver Glöckl, Norbert
Lütkenhaus, Jessica Schneider, Christoph Marquardt,
Natalia Korolkova und Gerd Leuchs — Lehrstuhl für Optik,
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Die ersten quantenkryptographischen Protokolle beruhten auf den besonderen Eigenschaften von Einzelphotonenzuständen. Probleme bei der
Erzeugung solcher Zustände limitieren jedoch sowohl die Reichweite als
auch die erreichbare Datenrate dieser Systeme. Alternativ lassen sich
Vielphotonenzustände zur Quantenschlüsselverteilung nutzen. Neben
verschränkten Zuständen sind auch helle kohärente Zustände geeignet.
Das hier vorgestellte quantenkryptographische System arbeitet mit hellem kontinuierlichem Laserlicht verschiedener Polarisation. Der Sender
(Alice) erzeugt zufällig einen von vier nicht-orthogonalen Polarisationszuständen, der vom Empfänger (Bob) vermessen wird. Zusätzlich gibt
Alice noch Teilinformationen über den Zustand öffentlich preis. Mit dieser Zusatzinformation kann erreicht werden, daß Bob und Alice mehr
gemeinsame Information besitzen als ein eventueller Lauscher. Dadurch
läßt sich durch nachträgliche Selektion der richtigen Meßergebnisse ein
gemeinsamer Schlüssel von Alice und Bob erzeugen. Dieses Verfahren
funtioniert auch bei Verlusten von über 50 Prozent im Quantenkanal [1].
[1] Ch. Silberhorn, T.C.Ralph, N. Lütkenhaus, G. Leuchs; Phys. Rev.
Lett., 89, 167901 (2002)
High-finesse optical resonator for interaction of single atoms
with single photons — •Wenjamin Rosenfeld, Yevhen
Miroschnychenko, Dominik Schrader, Wolfgang Alt,
Stefan Kuhr, Mkrtych
Khudaverdyan, Igor Dotsenko,
Arno Rauschenbeutel, and Dieter Meschede — Institut für
Angewandte Physik, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn
The interaction of single neutral Cs atoms with single photons inside
a high-finesse optical resonator is considered an interesting approach for
implementation of quantum logic. Coupling two or more atoms to the
fundamental mode of a cavity provides the possibility to entangle them
and to perform conditional manipulation of their internal states via photon exchange. Single cold atoms are provided by a magneto-optical trap
(MOT), which also serves for the preparation and measurement of the
quantum state (hyperfine level). An optical conveyor belt enables us to
move the atoms into the resonator, which is placed 5 mm away from the
MOT. The resonator consists of two custom manufactured, ultra-high
reflecting dielectric mirrors of 1 mm diameter, glued onto two piezoelements. Low losses and a short mirror distance of about 0.2 mm enable
us to reach the strong coupling regime. To minimize the influence on the
atoms the cavity is stabilized by a far detuned lock laser (836 nm) using
the Pound-Drever-Hall method. This lock laser is stabilized to a transfer
cavity, locked to the atomic resonance at 852 nm.
43
Quanteninformationsverarbeitung
mit
Ca+
Ionen —
•Christian Roos, Rainer Blatt, Jürgen Eschner, Ferdinand
Schmidt-Kaler, Hartmut Häffner und Christoph Becher —
Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck
43
Ca+ Ionen sind ein attraktiver Kandidat für Quanteninformationsverarbeitung in Ionenfallen, da es magnetfeld-unabhängige Niveaus gibt,
zwischen denen Raman-Übergänge getrieben werden können. Vorzüge
und Nachteile gegenüber alternativen Schemata werden diskutiert.
Quantenoptik
Dienstag
Q 30 Poster: Quanteneffekte
Laser-Induced Control of the Photofragmentation in Ammonia Molecules — •Alvaro Peralta Conde, Thorsten Peters,
Klaas Bergmann, and Thomas Halfmann — Fachbereich Physik,
TU Kaiserslautern, D-67663 Kaiserslautern
The control of atomic or molecular fragmentation by means of lasermatter interaction is a topic of prominent scientific interest. Especially
the manipulation of molecular dissociation may be understood as a first
step towards the laser-based control of chemical reactions. In our experiments we use the coherent properties of ns laser pulses to steer fragmentation processes in Ammonia (N H3 ). Among these are quantum interference between optical one- and three-photon transitions from the ground
to an excited state in Ammonia as well as laser-induced continuum structure (LICS), i.e. the manipulation of the dissociation continuum itself.
While we control quantum interference by the relative phase of the exciting radiation fields, LICS is controlled by appropriately tuning the
laser frequency. We will discuss the experimental implementation of a
quantum interference as well as a LICS experiment to manipulate the
predissociation process N H3 →N H2 + H and present preliminary results.
Strong-Field Manipulation of Collective Two-Atom Interaction
— •Mihai Macovei and Christoph H. Keitel — Faculty of Physics
and Mathematics, University of Freiburg, Hermann-Herder-Str.3, D79104 Freiburg, Germany
A method is proposed to manipulate the collective interaction of a
pair of two multilevel radiators with a possibly intense laser field. The
method is based on the fact that the interaction of strong laser driven
atoms with the vacuum of the electromagnetic field modes modifies not
only the single-atom resonance fluorescence but also the collective parameters describing the mutual interaction between the atoms. Along
with the dynamical Stark splitting of the involved energy levels due to
the strong atom-field interactions, the dipole-dipole interaction causes
an additional splitting of the collective excited quasistates. Since the
transitions of the indicated dressed states interact with different parts
of the vacuum, we demonstrate in the Born-Markoff and the secular approximations that the collective spontaneous emission rates as well as
the collective parameters characterising this system can be drastically
modified and controlled by the applied field.
Niedrige Gruppengeschwindigkeit von Licht ohne zusätzliches
treibendes Laserfeld — •Martin Haas und Christoph H. Keitel
— Theoretische Quantendynamik, Fakultät für Mathematik und Physik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, D-79104 Freiburg im
Breisgau
In verschiedenen Experimenten [1,2] und theoretischen Arbeiten [3]
konnte die Gruppengeschwindigkeit von Licht mit Hilfe eines treibenden Laserfeldes kontrolliert werden. Wir untersuchen hier die Propagation von Lichtpulsen in einem Medium von kohärenten Dreiniveauatomen
mit einem einfachen Niveau und einem Doublett ohne die Verwendung
eines zusätzlichen treibenden Laserfeldes. Wir erhalten einen analytischen Ausdruck für die Gruppengeschwindigkeit und zeigen, daß sie für
einen bestimmten Intensitätsbereich sehr niedrig sein kann, bei gleichzeitig kleiner Pulsverzerrung. Wir zeigen, daß die Gruppengeschwindigkeit
vom Frequenzabstand des Doubletts abhängt und daß sie damit durch ein
statisches magnetisches Feld statt durch ein weiteres Laserfeld gesteuert
werden kann.
[1] L. V. Hau, S. E. Harris, Z. Dutton, C. H. Behroozi, Nature (London)
397, 594 (1999).
[2] D. F. Philips, A. Fleischhauer, A. Mair, R. L. Walsworth, M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 86, 783 (2001).
[3] M. Fleischhauer, M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 84, 5094 (2000) und
Phys. Rev. A 65, 022314 (2002).
Full quantum-mechanical description of a neutral particle in a
trap — •Harry Schmidt and Günter Mahler — Institut für Theoretische Physik 1, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, D-70550
Stuttgart
Raum: Lichthof
We try to develop a closed quantum-mechanical model, i.e. without
external sources and damping, to describe atom-chips or micro-traps for
neutral atoms. We reduce the pertinent scenario to its essential parts
needed to trap atoms.
As a preliminary and very simple model a current on a loop to trap
a single magnetic dipole moment is considered. Instead of superimposing fluctuations on classical currents and fields to account for heating
and decoherence, the dynamics of the current and the trapped particle
as well as their interaction are treated fully quantum-mechanically. In
this way, the feedback on the current is taken into account, which may
lead to entanglement between the subsystems and to decoherence of the
trapped article’s state. We hope to describe heating of the particle and
the transition to the maximum-entropy state.
Quanten–Stabilität des gekickten Rotators mit eckigen Potentialen — •Wolfgang P. Schleich1 , Attila Czirják2 , Florian
Haug1 , Marc Bienert1 , Thomas Seligman3 und Wolfgang P.
Schleich1 — 1 Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069
Ulm — 2 Department of Theoretical Physics, University of Szeged, H6720 Szeged, Hungary — 3 Centro de Ciencas Fı́sica, University of Mexico, Cuernavaca, Mexico
A. Peres [1] hat ein Stabilitätskriterium für Chaos vorgeschlagen, welches sowohl klassisch als auch in der Quantenmechanik anwendbar ist.
Statt geringer Veränderungen in den Anfangsbedingungen wird der Einfluss kleiner Störungen in der Hamiltonfunktion auf die Zeitentwicklung
des Systems betrachtet. Wir wenden dieses Kriterium auf den quantenmechanischen gekickten Rotator an. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass
sie bei der atomoptischen Realisierung des gekickten Rotators experimentell direkt zugänglich ist. Neben der Standardversion des gekickten
Rotators mit sinusförmigem Potential untersuchen wir den Einfluss von
nur endlich oft differenzierbaren Potentialen auf die Stabilität der Bewegung. Dabei zeigt sich im quantenmechanischen Fall für alle Potentiale
ein qualitativ unterschiedliches Verhalten für Parameterbereiche, die sich
dadurch unterscheiden, ob sie klassisch integrabel oder chaotisch sind.
[1] A. Peres, Quantum Theory: Concepts and Methods, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1993
Decoherence of molecular rotation for the optical Kerr
effect — •Anicka Adelswaerd and Sascha Wallentowitz
— Emmy-Noether Nachwuchsgruppe ”Kollektive Quantenmessung
und Rückkopplung an Atomen und Molekülen”, Fachbereich Physik,
Universität Rostock, Universitätsplatz 3, D-18051 Rostock
In this contribution decoherence effects in the rotational degree of freedom of homonuclear diatomic molecules interacting with an off-resonant
laser field are investigated. In particular we address the situation of an
optical Kerr laser interacting with a superposition of angular momentum
states. We solve a previously derived rotational master equation
[1] u
sing the quantum trajectory method and study the decoherence, which
is due to spontaneous Raman scattering.
A better understanding of decoherence is important in the context of
experimental decoherence control. This is crucial not only for the implementation of a coherent rotational dynamics of ultracold molecules, but
also in the context of preparing and manipulating degenerate molecular
quantum gases. The rotational degree of freedom, being at the lowest
energetic scale, thus plays an important role for the coherence time of
such quantum gases.
[1] A. Adelswärd, S. Wallentowitz and W. Vogel, Rotational master quation for cold laser-driven molecules, submitted.
Analytical and numerical calculation of three-dimensional
Casimir force between dispersing and absorbing multilayer dielectrics — •Christian Raabe, Ludwig Knöll, and
Dirk-Gunnar Welsch — Theoretisch-Physikalisches Institut,
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, D-07743 Jena,
Germany
On the basis of quantization of the (macroscopic) electromagnetic field
in causal media, we have calculated the Casimir force between dispersing
Quantenoptik
and absorbing (planar) multilayer dielectrics. The results extend the recently derived zero-temperature expression [M.S. Tomaš, Phys. Rev. A
66, 052103 (2002)] to finite temperatures, whereas for semi-infinite walls
Lifshitz’ formula is recovered. In the zero-temperature limit, we have
studied the problem of asymptotic distance laws of the Casimir force.
We have shown that Lifshitz’ approximation for short distances also applies to multilayered walls. Depending on the wall structure, the distance
law can drastically change with increasing wall separation. In particular,
for two single-slab walls the Casimir force behaves as d−6 in place of d−4
as the wall separation d goes to infinity. Numerical results reveal that
for complex heterostructures results from 1D theories only roughly reflect
the dependence of the Casimir force on the wall separation.
Input-Output relations for nonclassical light propagating
through three-dimensional dispersing and absorbing multilayer
dielectric plate — •Mikayel Khanbekyan, Ludwig Knöll,
and Dirk-Gunnar Welsch — Theoretisch-Physikalisches Institut,
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, D-07743, Jena,
Germany
We study the propagation of nonclassical light through a threedimensional dispersing and absorbing multilayer dielectric plate. The
medium is described by a stepwise, constant, complex permittivity, that
satisfies the Kramers-Kronig relations. The operator input-output relations are independent of the mechanism of creation of fields, and, thus,
can be applied to both free fields and source fields. Therefore, the theory
incorporates both propagating waves and decaying (evanescent) waves.
The field transformation coefficients are functions only of the dielectric
permittivities and the thicknesses of the layers. The input-output relations derived can have applications in studying the influence of optical
devices (such as beam splitters, photonic band-gap structures) on the
quantum statistics of light in three dimensions.
Einzelphotonquelle mit Si-V Farbzentrum im Diamant —
•Chunlang Wang1 , Johannes Schachaneder1 , Patrick Zarda1 ,
Christian Kurtsiefer1 und Harald Weinfurter1,2 — 1 Sektion
Physik LMU München — 2 Max-Plank-Institut für Quatenoptik
Eine effiziente und robuste Einzelphotonenquelle gewährleistet die Sicherheit der Quantenkryptographie. Das Si-V Farbzentrum in Diamant,
bestehend aus einem Si-Atom und einer Fehlstelle, bietet sich wegen der
kurzen Lebensdauer im angeregten Zustand und des schmalen Spektrums
bei Zimmertemperatur als ein guter Kandidat an. In dieser Arbeit wird
das Fluoreszenzlicht von Si-V Farbzentrum untersucht. Si-Atome werden
mittels Ionenimplantation in entsprechender Dosis in Ib Diamant dotiert.
Mit nachfolgenden thermischen Behandlungen werden Si-V Farbzentren
erzeugt. Zur Beobachtung des Fluoreszenzlichtes werden die Si-V Farbzentren über ein konfokales Mikroskop einzeln adressiert und mit einem
650nm Diodenlaser angeregt. Die nichtklassische Eingenschaft des Floureszenzlichtes wird durch Messung der Korrelationsfunktion g (2) in einem
Hanbury-Brown-Twiss Aufbau untersucht. eigentliche Text
Periodic Control of Small Quantum Networks — •Marcus
Stollsteimer and Günter Mahler — Universität Stuttgart,
Institut für Theoretische Physik 1, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart
We study the Schrödinger dynamics of a system consisting of a few
coupled spin-1/2 particles (qubits), which is subject to periodic external
parameter control (oscillating external fields or coupling strengths). The
total system can be interpreted as a system proper coupled to a finite
environment or as an internally coupled quantum register, depending on
the chosen partition. Without control, the coupled system usually decays into a local quasi-equilibrium (cf. PRL 54, 1879 (1985)). We try to
characterize stable (quasi-stationary) non-equilibrium states induced by
the periodic control. This method shows some interesting connections to
the notion of decoherence-free subspaces and to refocusing schemes.
Wave packet dynamics and factorization of numbers — •Holger
Mack, Marc Bienert, Florian Haug, Matthias Freyberger,
and Wolfgang P. Schleich — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm
The phenomena of Talbot images in atom optics, the particle in a box
and fractional revivals in Rydberg atoms and diatomic molecules have
one feature in common: Phase factors that are quadratic in the quantum
Dienstag
number. This property allows us to factorize integers.
A new QND detection scheme for single photons — •Mikhail P.
Klembovsky1,2 , Mikhail L. Gorodetsky 2 , Thomas Becker3 ,
and Herbert Walther1,3 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
85748 Garching — 2 Moscow State University, 117234 Moscow, Russia —
3
Ludwig-Maximilians-Universität München, 85748 Garching
We present a new scheme for single photon QND measurements [1].
The method allows to distinguish the zero- and one-photon states of a
quantized mode of a microwave cavity in non-destructive way. It is based
on the interaction between a three level Rydberg atom and a microwave
cavity. The superconducting cavity has a special toroidal geometry with
high Q-factor and is sufficiently tunable. The atom interacts twice with
the field. Therefore, a photon absorbed in a first section is then emitted
again in a second one, leaving the cavity field unchanged. The cavity
we designed and tested satisfies the experimental requirements with
measured Q-factor 2 × 109 at the resonance frequency 21.456 GHz. The
Raby frequency of the used T E011 cavity mode is 40 KHz leading to the
strong atom-field coupling necessary for the experiment. The obtained
parameters allow to make ∼ 1000 separate QND measurements during
the ringdown time of the cavity.
[1] V.B. Braginsky, F.Ya.Khalily Phys. Lett. A 186 15 (1994)
Nanoskopie optischer Felder mit einzelnen Atomen — •Jürgen
Eschner — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck
In drei Experimenten mit einzelnen gefangenen Ionen [1-3] ist kürzlich
die Abbildung optischer Felder auf der Sub-Wellenlängenskala demonstriert worden. Dabei wurde eine Auflösung von bis zu 16 nm erreicht. Die
Auflösung kann als Kontrast eines Interferenzmusters angesehen werden,
und ihre Begrenzung lässt sich auf unterschiedliche Weisen interpretieren: als apparative Verbreiterung durch das räumliche Wellenpaket des
Ions, durch den Dopplereffekt des in der Falle oszillierenden Teilchens und
die damit verbundene Phasenmodulation des gestreuten Lichts, oder als
Welcher-Weg-Information durch den Photonen-Rückstoss. Alle Interpretationen führen zum selben quantitativen Ergebnis [4]. Die gemessene
Auflösung erlaubt Rückschlüsse auf die Kühlung des Teilchens. Ein Experiment mit einem in den Grundzustand gekühlten Ion wäre eine Realisierung des Bohr’schen Interferenzexperiments mit einem beweglichen
Spalt.
[1] J. Eschner et al., Nature 413, 495 (2001).
[2] G. R. Guthöhrlein et al., Nature 414, 49 (2001).
[3] A. B. Mundt et al., Phys. Rev. Lett. 89, 103001 (2002).
[4] J. Eschner, quant-ph/0210126.
Towards the storage of single photons using electromagnetically
induced transparency — •P. Krok, A. Kuhn, and G. Rempe —
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching, Germany
We investigate the possibility to use EIT as a memory or a delay line
for a single photon produced by a cavity QED system [1]. Deceleration and even stopping of laser pulses has already been observed in a
Bose-Einstein-condensate and a hot atomic vapor, respectively [2]. Our
setup consists of a 5 cm long room-temperature absorption cell filled with
Rubidium vapour and Ne buffer gas at variable pressures. For photon
storage, we intend to use the atomic hyperfine levels which are employed
in the photon generation process, too. We also explore new methods to
separate the probe light from the strong dressing laser needed to induce
EIT, since an extremely high extinction ratio is required in the singlephoton regime.
[2] Hau et al. Nature 397, 594 (1999); Kash et al. PRL 82, 5229 (1999)
Polarisation Squeezing with a Fibre-Sagnac Interferometer
— •Joel Heersink, Tobias Gaber, Stefan Lorenz, Oliver
Glöckl, Natalia Korolkova, and Gerd Leuchs — Lehrstuhl für
Optik Universität Erlangen-Nürnberg Staudtstr. 7 B-2 91058 Erlangen
We report on polarisation squeezing relative to the coherent state in
3 Stokes operators [1] and on -3.4 dB of genuine polarisation squeezing,
that is squeezing below a polarisation minimum uncertainty state, in one
of the Stokes operators. This was accomplished using the efficient amplitude squeezing source afforded by the non-linear Kerr effect of a glass
Quantenoptik
Dienstag
fibre. Two orthogonally polarised, amplitude squeezed pulses were simultaneously generated using a double asymmetric (93:7 splitting ratio)
fibre-Sagnac interferometer with 14.2 m of polarisation maintaining fibre.
Genuine polarisation squeezing was observed by overlapping 2 amplitude
squeezed pulses after the Sagnac loop with constant relative phase. This
was achieved by the birefringence compensator before the Sagnac loop.
This device is a Michelson-like interferometer in which each arm has
either s or p polarisation. A static path difference between the arms
balanced out the fibre birefringence. The path difference was actively
controlled by fixing one end mirror to a piezo element to give a stabile
polarisation squeezing source for quantum communication applications
[1].
[1] N. Korolkova et al, Phys. Rev. A 65 052306 (2002)
Quantum information processing with magnesium and indium
ions — •Volker Ludsteck, Wolfgang Lange, and Herbert
Walther — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching, Germany
Linear chains of ions localized in a radio frequency trap are ideally
suited for processing quantum information, which is stored in internal
electronic levels of the ions. We use the hyperfine ground states of 25 Mg+
for this purpose. Arbitrary qubits may be coupled via the controlled
excitation of single vibrational quanta in the chain. A precondition is
cooling of the vibration close to the ground state of motion. This has
proven to be difficult in chains with more than four ions. We propose
sympathetic cooling by 115 In+ -ions as an efficient method to reach the
vibrational ground state. The indium-ion offers a narrow transition for
resolved sideband cooling, which is yet strong enough to provide a high
scattering rate [1]. Hence, a few indium ions inserted into the magnesium chain provide sufficient cooling. At the same time, the computation
dynamics is not affected, so that cooling may even be applied during the
computation, if a suitable coupling scheme is used [2].
[1] E. Peik, J. Abel, Th. Becker, J. von Zanthier, H. Walther, Phys. Rev.
A 60, 439 (1999).
[2] A. Sørensen, K. Mølmer, Phys. Rev. Lett. 82, 1971 (1999).
Q 31 Laserspektroskopie 2
Gruppenbericht
Q 31.1 Do 11:00 F102
Hochgenaue Frequenzstabilisierung auf optische Resonatoren
für ein modernes Michelson Morley Experiment — •Holger
Müller1 , Sven Herrmann1 , Stepahn Schiller2 und Achim Peters1 — 1 Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Hausvogteiplatz 5-7, 10117 Berlin — 2 Institut für Experimentalphysik, Universität Düsseldorf, 40225 Düsseldorf
Wir stellen ein neues Michelson-Morley Experiment vor, das eine etwa
3-fach gesteigerte Genauigkeit im Vergleich zum bisher genauesten Experiment besitzt. Hierzu wurden die Frequenzen zweier Nd:YAG-Laser bei
1064 nm über ein Jahr hinweg auf gekreuzte kryogene optische Resonatoren (COREs) stabilisiert (,,gelockt”) und miteinander verglichen. COREs zeichnen sich durch extrem kleine thermische Ausdehnung (10−10 /K
bei 4, 2 K) und eine bemerkenswerte Langzeitstabilität aus (≤ 2 kHz/6
Monate und ≤ 2 Hz/Tag). Um dieses Potential auszuschöpfen, muß
der Frequenzlock unempfindlich auf externe Störungen sein, z.B. auf
Restamplitudenmodulation der Laser, Schwankungen der Geometrie der
Einkopplung in die Resonatoren, Aufheizung der COREs durch den Laser, Temperaturdrift der Elektronik und parasitäre Etalons. Wir haben
deswegen eine auf einem Pound-Drever-Hall-Verfahren basierende neue
Locktechnik entwickelt, welche durch zusätzliche Phasenmodualtion viele Störungen erkennen und kompensieren kann. Außerdem wurde eine
aktive Strahlnachführung eingesetzt. Damit konnten die Auswirkungen
obiger Effekte 10 - 1000-fach verringert werden.
Q 31.2 Do 11:30 F102
Spektroskopie und Absolutfrequenzmessung des 1S-2SÜbergangs in atomarem Wasserstoff — •M. Fischer1 , N.
Kolachevsky1 , M. Zimmermann1 , R. Holzwarth1 , Th. Udem1
und T.W. Hänsch1,2 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Garching — 2 Ludwig-Maximilians-Universität München
Genaue Messungen von Übergangsfrequenzen in atomarem Wasserstoff erlauben neben Tests der QED gebundener Systeme auch die Bestimmung fundamentaler Konstanten. Die zeitliche Drift dieser Konstanten kann untersucht werden, indem man die Resultate mehrerer im
Abstand einiger Jahre durchgeführter Messungen vergleicht. Von besonderem Interesse ist dabei der 1S-2S-Übergang in atomarem Wasserstoff, welcher aufgrund seiner natürlichen Linienbreite von nur 1.3 Hz
äußerst präzise vermessen werden kann. In unserem Experiment wird
dieser Übergang durch Doppler-freie Zwei-Photonenspektroskopie an einem kalten Atomstrahl angeregt. Ein phasenkohärenter Vergleich der
Übergangsfrequenz mit einem primären Frequenzstandard im Jahre 1999
ergab die Übergangsfrequenz mit einer Genauigkeit von 1.8 × 10−14 [1].
Neben einer Diskussion des inzwischen weiter verbesserten experimentellen Aufbaus stellen wir vorläufige Ergebnisse einer Anfang 2003 durchgeführten neuen Absolutfrequenzmessung vor.
[1] M. Niering et al., Phys. Rev. Lett. 84, 5496 (2000)
Raum: F102
Q 31.3 Do 11:45 F102
Nd:YAG Laser mit einer Absolut Frequenzstabilität auf Hertz
— •Mario Eichenseer, Alexander Yu. Nevsky, Joachim v.
Zanthier und Herbert Walther — MPI für Quantenoptik, HansKopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Ein einzelnes In+ Ion, das in einer RF-Falle gespeichert ist, stellt
einen der vielversprechendsten Kandidaten für einen optischen Frequenzstandard dar, mit einer erwarteten Ungenauigkeit von 10−18 . Um den
1
S0 −3 P0 Uhrenübergang bei 236 nm (∆λ = 0, 8 Hz) anzuregen, benutzen wir die zweimal frequenzverdoppelte Linie bei 946 nm eines diodengepumpten, quasimonolithischen nichtplanaren Ringlasers (MISER). Um
die Linienbreite und die Frequenzstabilität des Lasers zu verbessern,
ist es notwendig, den Referenz-Resonator von mechanischen Vibrationen, akustischen Schwingungen, Temperaturschwankungen und Laserleistungsfluktuationen bestmöglich zu isolieren. Eine geeignete Methode
ist der Gebrauch von aktiv schwingungsisolierten (ASI) Systemen. Wir
erhalten auf diese Weise eine Linienbreite von etwa 1 Hz auf Zeitskalen
von einigen Sekunden.
Im Vortrag wird eine detailierte Analyse des ASI-Systems gegeben,
sowie der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Stabilität der Laserfrequenz diskutiert.
Q 31.4 Do 12:00 F102
Optisch Parametrischer Oszillator für präzise optische Frequenzmessungen — •Evgeny Kovalchuk und Achim Peters —
Humboldt Universität zu Berlin, Institut für Physik, Hausvogteiplatz 5-7,
10117 Berlin
Wir berichten über Arbeiten zu einer Kombination aus kontinuierlich
emittierendem Optisch Parametrischem Oszillator (OPO) und Femtosekunden Laserkamm für optische Frequenzmessungen im IR Spektralbereich von 1,5-1,9 µm (Signal) und von 2,4-3,7 µm (Idler).
Die Ausgangstrahlung des OPO hat eine schmale Linienbreite, kann
auf jede gewünschte Frequenz innerhalb dieser Wellenlängebereiche kontrolliert abgestimmt und relativ zu einer Referenzfrequenz phasengelockt
werden. In unserem Schema nutzen wir die Tatsache, dass der OPO
zusätzlich zu Signal (S) und Idler (I) Welle auch ihre normalerweise
nicht phasenangepassten Kombinationen 2S und 2S+I emittiert. Durch
simultane Messung der Differenzen zwischen diesen beiden Frequenzen
und der Pumpfrequenz (P=S+I) lassen sich alle Ausgangfrequenzen des
OPOs völlig bestimmen. Diese Messung erfolgt durch den Einsatz eines
Femtosekunden Laserkammes mit stabilisierter Repetitionsrate.
Das Verfahren ermöglicht es unter anderem, die Stabilität von IRFrequenznormalen in den sichtbaren Spektralbereich (und umgekehrt)
zu transferieren und somit optische Frequenznormale verschiedener Art
miteinander zu vergleichen.
Q 31.5 Do 12:15 F102
Optisches Frequenznormal mit einem 171 Yb+ -Ion — •Tobias
Schneider, Ekkehard Peik und Christian Tamm — PhysikalischTechnische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38166 Braunschweig
Quantenoptik
Donnerstag
Ein einzelnes in einer Paul-Falle gespeichertes und lasergekühltes Ion
kann als Referenz für ein optisches Frequenznormal hoher Genauigkeit
und Stabilität verwendet werden. Wir untersuchen den elektrischen
Quadrupolübergang 2 S1/2 (F=0) → 2 D3/2 (F=2) von 171 Yb+ bei 436 nm
(688 THz). Durch Verbesserungen an der Stabilisierung unseres 436 nmLasersystems sind wir nun in der Lage, den Übergang mit einer Fourierlimitierten Linienbreite im 10 Hz-Bereich aufzulösen. Die Absolutfrequenz des Überganges wurde bereits in einer früheren Messung mit Hilfe
eines optischen Frequenzkammgenerators und eines Cäsium-FontänenFrequenznormals mit einer relativen Unsicherheit von 1 · 10−14 bestimmt.
Die Unsicherheit der Messung war hauptsächlich von bis dahin nicht
messbaren systematischen Effekten bestimmt, insbesondere der Quadrupolverschiebung durch das elektrische Streufeld im Fallenzentrum. Wir
haben daher ein zweites unabhängiges Fallensystem aufgebaut, um einen
optischen Frequenzvergleich beider Systeme mit einer Genauigkeit jenseits der Möglichkeiten heute verfügbarer Cäsium-Frequenznormale zu
ermöglichen und damit die systematischen Effekte quantitativ zu untersuchen.
Q 31.6 Do 12:30 F102
Frequenzstabilisierung von Diodenlasern für eine optische Uhr
mit ultrakalten Ca-Atomen — •Hardo Stoehr, Carsten Degenhardt, Christian Lisdat, Uwe Sterr und Jürgen Helmcke —
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig
Es wird über die Frequenzstabilisierung eines Master-Slave- Diodenlasersystems bei λ = 657 nm berichtet, das als hochstabiler
Oszillator einer optischen Uhr mit neutralen 40 Ca-Atomen mit
T ≈ 10 µK dienen soll. Bei der Anbindung an den Interkombinationsübergang 1 S0 - 3 P1 (320 Hz natürliche Linienbreite) mittels
Ramsey- Borde-Atominterferometrie im Zeitbereich ist die erwartete
Unsicherheit < 10−15 , das Quantenprojektionsrausch-Limit entspricht
einer Instabilität < 10−16 in 1s [1].
Der Masterlaser mit erweitertem Resonator (ECDL) wird mit dem
Pound-Drever-Hall-Verfahren auf eine Resonanz eines temperaturstabilisierten und vibrationsisolierten ULE- Referenzresonators (Finesse 80 000)
stabilisiert. Durch den Vergleich von 2 Lasersystemen werden Einflüsse
auf die Frequenzstabilität wie restliche Amplitudenmodulation, EtalonEffekte und Resonator-Vibrationen mit bis zu sub-Hz- Auflösung untersucht. Die Limitierung der Stabilität der optischen Uhr durch die
Frequenzstabilität des Lasers wird diskutiert.
Gefördert von der DFG im SFB407.
[1] G. Wilpers, T. Binnewies, C. Degenhardt, U. Sterr, J. Helmcke and
F. Riehle, Phys. Rev. Lett. 89, 230801 (2002)
Q 32 Symposium Photonische Kristalle 1
Raum: F303
Q 32.1 Do 11:00 F303
Abstracts: siehe Programm vom Symposium Photonische
Kristalle — • —
Q 33 Quanteneffekte 2
Q 33.1 Do 11:00 F107
Erzeugung von Zuständen mit dem Quanten–Tweezer —
•Bernd Mohring1 , Marc Bienert1 , Florian Haug1 , Mark
G. Raizen2 und Wolfgang P. Schleich1 — 1 Abteilung für
Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm — 2 Center for Nonlinear
Dynamics and Department of Physics, The University of Texas at
Austin, Austin, TX 78712-1081
Mit Hilfe des Quanten–Tweezers“ ist es möglich, eine bestimm”
te Anzahl von Atomen aus einem Reservoir neutraler Atome zu entnehmen. Wird als Reservoir ein Bose-Einstein Kondensat verwendet,
dann kann diese Entnahme deterministisch gesteuert werden. Durch
die mehrfache Anwendung des Tweezers können somit Atome an verschiedenen Orten gespeichert und zur Konstruktion von unterschiedlichen, auch verschränkten Zuständen verwendet werden. Als Bespiel dient uns
√ unter anderem der sogenannte ”high noon“ Zustand,
|Ψia,b = 1/ 2 |N, 0ia,b + |0, N ia,b , der eine wichtige Anwendung in
der Rotationsmessung beim Gyroskop hat. Desweiteren präsentieren
wir Überlegungen, wie sich der Gesamtzustand der entnommenen Atome
durch den Einsatz eines Strahlteilers ändert.
Q 33.2 Do 11:15 F107
Transport of Atoms in Optical Lattices — •Wolfgang Merkel,
Matthias Freyberger, Holger Mack, Wolfgang P. Schleich,
and Victor V. Kozlov — Abteilung für Quantenphysik, Universiät
Ulm, 89069 Ulm
Based on the STIRAP (stimulated Raman adiabatic passage) approach, we investigate the light induced transport of an atom in an optical
lattice from a potential well to an adjacent one. Provided the laser pulses
used for the transfer are sufficiently narrowband we demonstrate that for
pulses in the counterintuitive sequence the efficiency of the transfer can
approach 100% and the process is not affected by spontaneous emission.
We develop an idealized analytical model in a three-level approximation
and also perform a full-scale numerical analysis which accounts for the
actual vibrational structure of the optical lattice. Our results show how
the transfer efficiency depends on parameters of the pulses and the optical
lattice.
Raum: F107
Q 33.3 Do 11:30 F107
Quantum resonances and decoherence in atom optics —
•Sandro Wimberger1,2 , Italo Guarneri2 , Shmuel Fishman3 ,
and Andreas Buchleitner1 — 1 Max-Planck-Institut f. Physik
komplexer Systeme, 01187 Dresden — 2 Università degli Studi dell’
Insubria, I-22100 Como — 3 Physics Department, Technion, Haifa
IL-32000
Recent quantum optical experiments [1] implement kicked atoms with
a variety of new coherence and decoherence effects, extending the simple model of the famous delta-kicked rotor. Noise does not only destroy coherence and dynamical localization, it also – somewhat counterintuitively – was claimed to enhance resonance peaks. We clarify the
theoretical understanding of the experimental results focusing on the influence of noise due to spontaneous emission [2]. The atomic dynamics
close to resonance is analyzed by means of a quasi-classical approximation where the small parameter is the detunning from exact resonance,
which plays the rôle of Planck’s constant. Based on a new experimental
proposal we calculate the decay of the interference signal (fidelity) of two
distinct evolutions in various dynamical regimes, and present a detailed
study of the noise-induced temporal decay of the signal.
[1] M.B. d’Arcy et al., Phys. Rev. Lett. 87, 74102 (2001)
[2] S. Wimberger et al., submitted to Nonlinearity
Q 33.4 Do 11:45 F107
An operational definition of the Wigner function — •Holger
Mack1 , Pavel Lougovski2,3 , Enrique Solano2,4 , Z. M. Zhang2,5 ,
Herbert Walther2,3 , and Wolfgang P. Schleich1 — 1 Abteilung
für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm — 2 Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse 1, 85748 Garching
— 3 Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Am
Coulombwall 1, 85748 Garching — 4 Sección Fı́sica, Departamento de
Ciencias, Pontificia Universidad Católica del Perú, Apartado 1761,
Lima, Peru — 5 Department of Physics, Shanghai Jiao Tong University,
Shanghai 200030, China
We present an operational definition of the Wigner function in terms
Quantenoptik
Donnerstag
of the Fresnel transform. This formula allows us to derive the Wigner
function directly from measured data. The Fresnel approach is very general and applies to many physical systems. We analyze experiments from
atom optics.
Q 33.5 Do 12:00 F107
Casimir-Polder-Kräfte bei Anwesenheit absorptiver Körper —
•Stefan Yoshi Buhmann, Ho Trung Dung und Dirk-Gunnar
Welsch — Theoretisch-Physikalisches Institut der Friedrich-Schiller
Universität, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Auf der Grundlage einer voll quantenfeldtheoretischen Behandlung
wird ein geschlossener Ausdruck für die potentielle Energie der auf ein
Atom bei Anwesenheit einer beliebigen Anordnung von dispersiven und
absorptiven linearen Körpern wirkenden Casimir-Polder-Kraft hergeleitet, wobei sowohl kausale Dielektrika als auch kausale Magnetodielektrika
zugelassen sind. Im Spezialfall nichtmagnetischer Körper und bei Vernachlässigung der Absorption stimmt dieser mit den aus der Literatur
bekannten Ergebnissen überein. Es wird insbesondere gezeigt, dass minimale und multipolare Atom-Feld-Kopplung auf den gleichen Ausdruck
für die potentielle Energie führen. Die Universalität des Ergebnisses wird
demonstriert, indem für verschiedene Szenarien mit speziellen Geometri-
en explizite Kraftgesetze gewonnen werden.
Q 33.6 Do 12:15 F107
Quantum Jumps for Recently Investigated Dipole-Interacting
Three-Level Systems — •Volker Hannstein and Gerhard
C. Hegerfeldt — Institut für Theoretische Physik, Universität
Göttingen, Bunsenstr. 9, 37073 Göttingen
Cooperative Effects in the quantum jump statistics of two dipoleinteracting three-level systems of a type recently discussed by Skornia
et al. [1] are investigated. Explicit expressions for the transition rates
between the three intensity periods are calculated using a pertubation
theoretical approach for the Bloch equations. This also allows the complete determination of the double jump rate.
The cooperative effects obtained are of the same order of magnitude
as for two V-systems if the Rabi frequency of the exciting laser is smaller
than the corresponding Einstein coefficient. Effects of the dipole-dipole
coupling parameters connected with the weak transitions are shown to
be of second order and negligible in most cases.
[1] C. Skornia, J. von Zanthier, G. S. Agarwal, E. Werner, and
H. Walther, Europhys. Lett. 56, 665 (2001)
Q 34 Optische Messtechnik und Präzisionsmessungen
Q 34.1 Do 11:00 F142
Inhaltsadressiertes Auslesen in einem volumenholographischen
Datenspeicher — •Martin Stumpe, Gernot Berger und Cornelia Denz — Institut für Angewandte Physik, Westfälische WilhelmsUniversität Münster, Corrensstr. 2/4, 48149 Münster, Deutschland
Die Volumenholographie bietet die Möglichkeit Datenspeicher mit
Speicherdichten im Bereich von 1 TByte/cm3 und hohen Datentransferraten von mehr als 10 Gbit/s bei Datenzugriffszeiten von 100 ms
zu realisieren. Dies wird durch das Überlagern von Hologrammen an
einem Ort im Speichermedium und durch die Parallelität der Speicherung möglich. Die grundlegenden, direkt aus der Bragg-Bedingung abgeleiteten Überlagerungsmethoden sind das Winkel- und WellenlängenMultiplexing. Gegenüber diesen Methoden bietet das so genannte
Phasenkode-Multiplexing die Vorteile der Vermeidung beweglicher Komponenten im Speichersystem und die Steigerung des Signal-zu-RauschVerhältnis um bis zu zwei Größenordnungen.
Ein volumenholographischer Speicher kann auch inhaltsadressiert ausgelesen werden. Dies wurde bisher in winkelkodierten Systemen untersucht
und nur als ”proof-of-principle” in phasenkodierten Systemen demonstriert. Wir stellen erstmals Ergebnisse zum assoziativen Auslesen in
einem optimierten phasenkodierten System vor und vergleichen sie im
Hinblick auf das Signal-zu-Rausch Verhältnis mit winkelkodierten Systemen.
Q 34.2 Do 11:15 F142
Mikroholographisches System zur 3D-Aufnahme digitaler Daten — •Enrico Dietz, Sven Frohmann, Peter Kuemmel, Christian Mueller, Erwin Mecher, Susanna Orlic-Elschner und
Hans J. Eichler — TU Berlin Optisches Institut, Str. des 17. Juni
135, 10623 Berlin
Aufbauend auf der CD/DVD Technologie wird ein optisches Speichersystem entwickelt, welches die digitalen Daten dreidimensional in einer photoempfindlichen Polymerschicht speichert. Einzelne Bits werden
durch holographische Reflexionsgitter repraesentiert. Beim Schreiben induziert das Interferenzmuster zweier gegenlaeufiger, stark fokussierter
Laserstrahlen eine lokalisierte raeumliche Modulation des Brechungsindex im Speichermedium. Durch Beugung eines Lesestrahles wird das
so geschriebene Gitter beim Auslesen als lokale Reflektivitaetsaenderung
der Speicherschicht detektiert. Bragg-selektive holographische Speicherung erlaubt eine Erhoehung der Speicherdichte durch den Einsatz verschiedener Multiplexmethoden: Beim Wellenlaengenmultiplexing werden
mehrere Gitter ueberlappend mit Lasern unterschiedlicher Wellenlaenge
in ein Volumenelement eingeschrieben und getrennt voneinander ausgelesen. Die dreidimensionale Lokalisierung der Reflexionsgitter ermoeglicht
zudem die Speicherung in verschiedenen, unabhaengigen Ebenen innerhalb der Speicherschicht.
Raum: F142
Q 34.3 Do 11:30 F142
Fast measurement of tapered fiber profiles in the submicrometer range — •Florian Warken and Harald Giessen — Institut
für Angewandte Physik, Universität Bonn, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn
For the performance of tapered fibers as white light sources it is crucial
to know the exact waist diameter along the fiber.
To measure the fiber diameter, evaluation of a diffraction pattern
can be utilized. For transparent media such as glass fibers, the sinc2 diffraction pattern (black strip model) does not give proper results. The
reason is the additional light transmitted and focussed by the thin fiber
waist. This light interferes with the diffracted light. Therefore, a rigorous
electromagnetic calculation has to be used [1]. Since there is no simple
analytical solution for the modified diffraction pattern extrema, one has
to solve this problem numerically.
The optical diffraction setup is using a cylinder lens telescope in order
to get a line focus. Using a CCD camera, a frame grabber, and a computerized code we can obtain the whole fiber profile with submicron accuracy
by just recording and analyzing a single diffraction pattern. Our method
works well from less than 1 micrometer to a few micrometers diameter.
When drawing a tapered fiber, we found that the diameter varies by
about 15% along the waist.
[1] D.J. Butler and G.W. Forbes, Appl. Opt. 37. 2598 (1998).
Q 34.4 Do 11:45 F142
Mechanical system simulation in a thermal noise experiment
— •Luciano Ribichini1 , Volker Leonhardt2 , Harald Lück1,2 ,
and Karsten Danzmann1,2 — 1 Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut Hannover — 2 Institut für Atom- und
Molekülphysik, Abt. Spektroskopie Universität Hannover
Thermal noise will be a limiting noise source in the GW detector currently under construction. Therefore it is very important to get a better
understanding of this noise. Off resonance thermal noise has yet to be
measured. We are approaching this goal with a mirror suspended as the
last stage of a pendulum chain, in order to isolate our system from the
seismic noise. Recent measurements indicated, however, that the seismic noise is much stronger than expected. We advanced the hypothesis
that this excess noise is due to the fact that the isolation stages, and
our pendulum as well, are not point-like masses but extended objects.
To check this assumption, we developed a numerical simulation and used
the result to design a multiple stage pendulum suspension, with enhanced
seismic isolation. In this talk we present the latest results including the
performance of a complete redesign of the pendulum geometry.
Quantenoptik
Donnerstag
Q 34.5 Do 12:00 F142
Aufbau zur interferometrischen Messung des thermischen Rauschens — •Volker Leonhardt1 , Luciano Ribichini2 , Harald
Lück1,2 und Karsten Danzmann1,2 — 1 Institut für Atom- und Molekülphysik, Abt. Spektroskopie, Universität Hannover — 2 Max-PlanckInstitut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut Hannover
Thermisches Rauschen ist eine der fundamentalen Rauschquellen in
interferometrischen Längenmessungen und kann somit die Empfindlichkeit der derzeit im Aufbau befindlichen Gravitationswellendetektoren wie
z.B. GEO600 limitieren. Um dieses Rauschen zu analysieren messen wir
interferometrisch die differenzielle Längenänderung eines Fabry-PerotResonators. Dessen Spiegel sind zur besseren seismischen Isolation unabhängig voneinander als Fünffachpendel inklusive dreier Blattfederstufen aufgehängt. Zur Verbesserung der Detektionsempfindlichkeit wurde
u.a. ein Autoalignmentsystem installiert und die Trägheitsmomente der
Pendelmassen wurden vergrößert.
Bislang konnte eine Empfindlichkeit
√
von weniger als 10−15 m/ Hz bei 100 Hz erreicht werden.
Thermal noise of mirror test masses is predicted to be the limiting noise
source in the most sensitive frequency band of the GEO600 interferometer. The fluctuation-dissipation theorem says that thermal fluctuations
are related to energy dissipation. Thus, to reduce test mass thermal noise
one must reduce the dissipation of the test mass materials. For this reason, the GEO600 team has developed and suspended triple pendulums
each having a monolithic fused silica double pendulum as its lowest stage.
In these suspensions fused silica ’ears’ are attached to the test masses by
hydroxy-catalysis bonding. To estimate the effect of these bonds on test
mass thermal noise we measured the quality factors of bonded fused silica
samples and compared them to unbonded control rods. We show that the
bonds should not be the dominant noise source for GEO600 test masses.
Q 34.6 Do 12:15 F142
Test Mass Thermal Noise Due to Silicate Bonding — •Joshua
Smith1 , Syracuse University Department of Physics2 , and
University of Glasgow Institute for Gravitational Research3 — 1 Callinstr. 38 30167 Hannover — 2 Syracuse, N.Y. USA
— 3 Glasgow, UK
Q 35 Quantengase 3: Gruppenberichte
Gruppenbericht
Q 35.1 Do 11:00 E001
The Interacting Fermi Gas Near a Feshbach Resonance — •Kai
Dieckmann, Claudiu A. Stan, Subhadeep Gupta, Zoran Hadzibabic, Christian H. Schunck, Martin W. Zwierlein und Wolfgang Ketterle — MIT, Cambridge, USA
Interactions between atoms can be strongly modified by tuning magnetic fields to Feshbach resonances where a molecular state has the same
energy as the colliding atoms. For degenerate Fermi gases, such control
over the interaction strength is crucial in the search for a superfluid phase
transition. The character of such a transition varies with the interaction
strength between the formation of Cooper pairs and condensation of diatomic molecules. A promising candidate for an experimental observation
of fermionic superfluidity is 6 Li for which a broad Feshbach resonance was
predicted. We first discuss the possibilities of detecting the resonance by
measuring properties depending on elastic collisions. We then present
our results on the magnetic field dependence of inelastic decay of optically trapped fermionic 6 Li gas of different spin compositions. The spin
mixture of the two lowest hyperfine states showed two decay resonances
at 550 G and 680 G, consistent with the predicted Feshbach resonances
for elastic s-wave collisions. The data are interpreted considering the
possibility of the formation weakly bound molecular states. The observed lifetimes of several hundred milliseconds are much longer than the
expected time for Cooper pair formation and the phase transition to superfluidity. We finally discuss recent experimental progress towards this
goal.
Gruppenbericht
Q 35.2 Do 11:30 E001
Dynamics of a Single Vortex Line in a Bose-Einstein Condensate — •Peter Rosenbusch, Vincent Bretin, Fréderic Chevy,
and Jean Dalibard — Laboratoire Kaster Brossel, 24 rue Lhomond,
75231 Paris, FRANCE
We study experimentally the line of a single vortex in a rotating prolate Bose-Einstein condensate (BEC) confined by a harmonic potential
[1]. In agreement with predictions, we find that the vortex line is in
most cases curved at the ends. We monitor its time evolution from the
state where the angular momentum per particle is h̄ to the vortex-free
condensate. The length of the vortex line is measured as a function of
time and temperature. For a low temperature, the survival time can be
Raum: E001
as large as 10 seconds, decreasing with increasing temperature.
We also present evidence for oscillations of the single centered vortex
line, the so called Kelvin modes [2]. The difference in the decay rates of
the two transverse quadrupole modes m = ±2 is attributed to a Beliaevtype excitation of the Kelvin modes, only possible for m = −2. This is
supported by direct imaging of the wiggling vortex line.
[1] P. Rosenbusch, V. Bretin, and J. Dalibard, Phys. Rev. Lett. 89
200403 (2002)
[2] V. Bretin, P. Rosenbusch, F. Chevy, G. Shlyapnikov, and J. Dalibard,
cond-mat/0211101
Gruppenbericht
Q 35.3 Do 12:00 E001
Observation of Feshbach Resonances in 87 Rb — •Andreas
Marte1 , Thomas Volz1 , Johannes Schuster1 , Sebastian
Ernst1 , Stephan Dürr1 , Gerhard Rempe1 , Eric G. M. van
Kempen2 , and Boudewijn J. Verhaar2 — 1 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Germany
— 2 Eindhoven University of Technology, P.O. Box 513, 5600MB
Eindhoven, The Netherlands
A cloud of 87 Rb atoms in the |f, mf i = |1, −1i ground state is evaporatively cooled in a magnetic trap close to or below the BEC transition
temperature. The atoms are then transferred into an optical dipole trap
made of an Yb:YAG laser operating at a wavelength of 1030 nm. After
turning off the magnetic trap, an RF pulse transfers the atoms to the
|1, 1i Zeeman state. Subsequently, a homogeneous dc magnetic field is
applied. We scanned the field range between 0.5 and 1260 Gauss. Four
Feshbach resonances have been predicted in this field range [1]. Monitoring the loss of atoms, we observed more than 40 resonances, including the
predicted ones [2]. The additional resonances are due to closed channels
with rotational quantum number l = 2. Such channels were not included
in the calculation in [1]. The resonance positions were included in a fit
to obtain an improved set of parameters for the rubidium interatomic
potential. Although all resonances are narrow, the magnetic field control
should be accurate enough to resolve changes in the elastic scattering
length on the broadest resonance at 1007 G.
[1] E. van Kempen et al., Phys. Rev. Lett. 88, 93201 (2002).
[2] A. Marte et al., Phys. Rev. Lett. (in press), cond-mat/0210651
Quantenoptik
Donnerstag
Q 36 Femtosekunden: Analyse und Spektroskopie (gemeinsam mit MO)
Q 36.1 Do 11:00 B302
Kompaktes FROG-System (GRENOUILLE) als Puls Monitor
— •Stefan Meister und Hans Joachim Eichler — TU-Berlin,
Optisches Institut, Sekr. P 1-1, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin
Ein kompaktes, kostengünstiges FROG-System (GRENOUILLE),
erstmals realisiert von P. O‘Shea 1999, wird vorgestellt. Dieses in SingleShot-Technik arbeitende FROG erlaubt die Echtzeit-Darstellung von
FROG-Signalen und eignet sich damit hervorragend z.B. als Justierhilfe
für Femtosekunden-Laser-Systeme. Das Herzstück dieses FROG ist ein
dicker SHG-Kristall, der neben der Erzeugung des Autokorrelationssignalals als Spektrometer dient. Aufgrund der großen Kristallänge und der
damit hohen SHG-Effizienz ist dieses Verfahren besonders zur Messung
unverstärkter ultrakurzer Pulse geeignet. Der GRENOUILLE hat im
Vergleich mit anderen FROG-Systemen keine kritischen Freiheitsgrade.
Unter Verwendung eines Pulsshapers wurden die Femtosekunden Pulse
eines Ti:Saphir Lasers verändert und konnten mit Hilfe des FROG charakterisiert werden. Der maximale Zeitbereich dieses Single-Shot FROG
beträgt 1,5 ps bei einer erfassbaren spektralen Breite von 25 nm.
Q 36.2 Do 11:15 B302
Dispersion free spectral phase interferometry: full characterization of ultrashort visible and UV pulses — •Peter Baum, Stefan Lochbrunner, and Eberhard Riedle — LS für BioMolekulare
Widely tunable visible pulses with durations down to 10 fs are readily
generated from a NOPA [1] and by frequency doubling similarly short
UV pulses can be obtained. To fully characterize these pulses without
introducing extra pulse lengthening, we present a dispersion free variant
of the conventional SPIDER [2]. Two chirped and temporally delayed
775 nm fundamental pulses are overlapped with the test pulses in such a
way that the test pulses pass no dispersive material. For the analysis of
extremely short UV pulses at 293 nm a 62 µm thick BBO crystal is used
to generate pulses at the visible difference frequency. For visible pulses
we use sum frequency mix in 25 to 50 µm thick BBO crystals. The two
resulting pulses that are temporally delayed and frequency shifted are
brought to interference in a high resolution spectrometer. From the interferogram the spectral phase and the pulse duration can be determined
at about 10 Hz update rate. It is important to notice that the measurement is performed at the focus of a possible spectroscopic experiment
and therefore yields the pulse characterization at the point of greatest
interest.
[2] C. Iaconis, I. A. Walmsley, Optics Letters 23, 792 (1998)
Q 36.3 Do 11:30 B302
Messung der Träger-Einhüllenden-Dynamik zweier passiv
optisch synchronisierter Laser — •Richard Ell1 , Wolfgang Seitz1 , Uwe Morgner1,2 und Franz X. Kärtner3 —
1
IHQ,Universität Karlsruhe — 2 Max-Planck-Institut für Kernphysik,
Heidelberg — 3 MIT, Cambridge, USA
Ein 5 fs–Ti:Saphir-Laser [1] und ein ps–Nd:YVO4 –Laser werden in einer master-slave Konfiguration rein optisch synchronisiert. Zum Einsatz
kommt dabei ein nichtlinearer Fabry-Perot Spiegel, der extern durch den
Ti:Saphir Laser in seiner Reflektivität moduliert wird [2]. Dies garantiert
die Synchronisation der Pulseinhüllenden. Zur Bestimmung der relativen
Trägerwellenphase der beiden Laser, werden in einem ersten Schritt die
Spektralanteile bei 1064 nm zur Interferenz gebracht. Unter der Annahme, dass innerhalb der Beobachtungszeit von 10µs die Einhüllenden relativ zueinander zeitlich festgelegt sind, liefert diese Interferenz die Differenz der Träger-Einhüllenden Änderungsfrequenzen (fCEO1 − fCEO2 ). Simultan werden die zweite Harmonische von 710 nm des Ti:Saphir und die
dritte Harmonische des Nd:YVO4 bei 355 nm erzeugt und zur Interferenz
gebracht. Das Ergebniss ist die Schwebungsfrequenz (2fCEO1 − 3fCEO2 ).
Aus der simultanen Messung beider Interferenzen können dann leicht
die individuellen Frequenzen fCEO1 bzw. fCEO2 bestimmt werden. Die
Modenkämme beider Laser sind nun vollständig charakterisiert. Dies
eröffnet neue Perspektiven in der Ultrakurzzeitspektroskopie und im Bereich der optischen Frequenzmetrologie.
[1] R. Ell et al., Opt. Lett. (26), 373 (2001)
[2] W. Seitz et al., Opt. Lett. (27), 454 (2002)
Raum: B302
Q 36.4 Do 11:45 B302
Geometrical optical modelling of femtosecond setups having
angular dispersion — •Ida Z. Kozma1,2 , Janos Hebling2 , and
Jürgen Kuhl3 — 1 LS für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Ludwig-Maxilimians-Universität München — 2 Department of Experimental Physics, University of Pecs, Hungary — 3 Max-Planck-Institut
für Festkörperforschung, Stuttgart
We present a reliable and efficient method based on geometrical optics
to model propagation of ultrashort pulses in optical systems. It is shown
that the commonly used method to determine the delay of the spectral
groups of a pulse from the geometrical optical path length of its spectral
components is only correct for aberration-free optical systems. In case of
systems with angular dispersion and imaging errors, a correction to the
optical path length values obtained from ray-tracing calculations must
be applied. For specific systems, negligence of such a correction causes
significant errors. A technique to perform this correction is presented.
An optical arrangement used for the generation and detection of tunable THz radiation by the femtosecond tilted-pulse-front excitation technique is analyzed to demonstrate the indispensability of the correction.
Implementing the modeled optical system, velocity-matched efficient ultrashort THz pulse generation has been achieved in LiNbO3 by tilting the
pulse front of the excitation pulses provided by a Ti:sapphire laser. The
generated broad-band THz radiation has a divergence smaller than 30
mrad, and a central frequency larger than 2 THz. The energy conversion
efficiency is close to 10−5 .
Q 36.5 Do 12:00 B302
Femtosekundenspektroskopie im mittleren Infrarot zur
grössenabhängigen Erwärmung von Wassertropfen in Mikroemulsionen — •Jörg Lindner, Donald Ouw und Peter
Vöhringer — Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie,
Arbeitsgruppe biomolekulare und chemische Dynamik, Am Fassberg 11,
37077 Göttingen
Wir berichten über Zweifarben-Pump-Probe-Experimente an Wasser
- AOT - Öl Mikroemulsionen bei Zimmertemperatur im Spektralbereich
der intramolekularen OH-Streckschwingung mit einer Zeitauflösung von
100 fs. Nach impulsiver Präparation des Grundtones bei einer Wellenlänge von 3000 nm zeigen Transienten ein Aufheizen der eingeschlossenen Wassertropfen in etwa 1 ps und eine von ihrer Grösse abhängenden
Abkühlungszeit. Erste Ergebnisse deuten ausserdem auf eine Blauverschiebung der transienten Spektren bei einer Pump-Probe-Verzögerung
von einigen ps mit fallender Tropfengrösse hin. Wir diskutieren diese Befunde sowie das beobachtete Anisotropieverhalten im Vergleich zu
Messungen an flüssigem Wasser.
Q 36.6 Do 12:15 B302
Ultraschnelle
Infrarot
Spektroskopie
findet
Strukturänderungen eines zyklischen Peptides — •Arne Sieg1 ,
Jens Bredenbeck2 , Jan Helbing2 , Tobias Schrader1 , Wolfgang Zinth1 , Christian Renner3 , Raymond Behrendt3 , Luis
Moroder3 , Josef Wachtveitl4 und Peter Hamm2 — 1 LudwigMaximilians-Universität München, Lehrstuhl für BioMolekulare Optik,
Oettingenstrasse 67, 80538 München, Deutschland — 2 Physikalisch
Chemisches Institut, Universität Zürich, Winterthurer Strasse 190,
CH-8057 Zürich, Schweiz — 3 Max-Planck Institut für Biochemie, Am
Klopferspitz 18A, 82152 Martinsried, Deutschland — 4 Johann Wolfgang
Goethe Universität Frankfurt am Main, Institut für Physikalische und
Theoretische Chemie, Marie-Curie-Strasse 11, 60439 Frankfurt am
Main, Deutschland
Über ein photoisomerisierbares Azobenzol im Rückgrad eines zyklischen Peptides (bcAMPB) können mit kurzen Lichtimpulsen Strukturänderungen des gesamten Moleküls ausgelöst werden. Die Messungen zeigen direkt die Rückgradbewegung der Aminosäuren durch die
Beobachtung der Amid-I Banden im Infraroten. Die starken Strukturänderungen sind nach 20 Pikosekunden abgeklungen. Nachfolgende
kleinere Konformationsänderungen dauern noch über den Nanosekundenzeitbereich an.
Quantenoptik
Donnerstag
Q 36.7 Do 12:30 B302
Insights into trans-cis reaction dynamics by fs time-resolved
mid-IR spectroscopy — •Frank Peters, Johannes Herbst, and
Rolf Diller — Inst. f. Exp. Physik, FU Berlin, 14195 Berlin
In comparison to transient electronic spectroscopy the method of transient vibrational spectroscopy is more suitable to provide insight into
processes associated with protein-based photoreactions, as structural
changes of the chromophore, its vibrational relaxation and the dynamics
of the protein environment. This was demonstrated in [1], where the
ultrafast photoinduced isomerization reaction in the light-driven proton
pump bacteriorhodopsin (bR) was investigated by time-resolved infrared
absorption spectroscopy. It could be shown, that the all-trans to 13cis isomerization of the retinal chromophore in bR is already completed
within 500 fs.
We have now studied model-compounds and other retinal-proteins in
order to disentangle important processes that are superimposed temporally and spectrally. Emphasis is placed on the vibrational dynamics in
the excited electronic state and the electronic ground state (S0 ). On the
S0 -surface, vibrationally excited states are expected to become populated
and thus observable in the transient IR-spectra.
[1] Johannes Herbst, Karsten Heyne, Rolf Diller, Science 297(2002)
822.
Q 36.8 Do 12:45 B302
Rotationsauflösende Spektroskopie durch FemtosekundenVierwellenmischen in der Gaszelle und im Überschalldüsenstrahl — •Christoph Riehn1 , Victor V. Matylitsky 1 und
Maxim F. Gelin2 — 1 Institut für Physikalische und Theoretische
Chemie, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/M., MarieCurie-Str. 11, 60439 Frankfurt/M. — 2 Institute of Molecular and
Atomic Physics, F. Skarina Av. 70, Minsk 220072, Belarus
Die Anwendung von entartetem Femtosekunden-Vierwellenmischen
(Degenerative Four-Wave Mixing, DFWM) zur Rotationsspektroskopie
von Molekülen und Clustern wird anhand von Experimenten in der Gaszelle und im Überschalldüsenstrahl vorgestellt. Eine quantitative Analyse der Spektren ist durch Anpassung an ein Simulationsmodell basierend
auf einem Ansatz für asymmetrische nicht-starre Rotoren möglich. Über
die Berechnung der zeitlichen Korrelationsfunktion der Polarisierbarkeit
können die Rotations- und Zentrifugalverzerrungs-Konstanten mit guter
Genauigkeit bestimmt werden. Die charakteristische Abhängigkeit der
transienten Spektren von der Laserintensität und ihre Berücksichtigung
im Simulationsmodell wird diskutiert.
Q 37.1 Do 14:00 F102
Four entangled qubits — •Mohamed Bourennane1 , Manfred
Eibl1 , Sascha Gärtner1 , Christian Kurtsiefer1 , and Harald
Weinfurter1,2 — 1 Sektion Physik, Ludwing-Maximilians-Universität,
80799 München, Germany — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
85748 Garching, Germany
Superposition and Entanglement are key elements and important resources for quantum communication and computation. We have used
spontaneous parametric down conversion to direclty produce a highly
symmetric polarisation entangled four-photon state. We will present experimental demonstration of invariance under unitary transformations
and robustness of the entanglement against disposal of two of the 4 photons. We finally show how these states can be used for encoding quantum
information in decoherence-free subspaces.
Q 37.2 Do 14:15 F102
The entangling power of passive optical elements — •Michael
Wolf1 , Jens Eisert2 , and Martin Plenio3 — 1 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Garching — 2 Institut für Physik, Universität Potsdam
— 3 Physics Department, Imperial College, London
We investigate the entangling capability of passive optical elements,
both qualitatively and quantitatively. We present a general necessary
and sufficient condition for the possibility of creating distillable entanglement in an arbitrary multi-mode Gaussian state with the help of passive optical elements, thereby establishing a general connection between
squeezing and the entanglement that is attainable by non-squeezing operations. Special attention is devoted to general two-mode Gaussian
states, for which we provide the optimal entangling procedure, present
an explicit formula for the attainable degree of entanglement measured
in terms of the logarithmic negativity, and discuss several practically
important special cases.
Q 37.3 Do 14:30 F102
From reversibility to irreversibility and back again: asymptotic
manipulation of entanglement — •Jens Eisert1,2 , Koenraad Audenaert3 und Martin B. Plenio2 — 1 Institut für Physik, Am Neuen
Palais 1-, D-14469 Potsdam — 2 Blackett Laboratory, Imperial College,
Prince Consort Road, SW7 2BW London — 3 School of Informatics, University of Wales, Bangor, Gwynedd LL57
This talk will be concerned with the issue of reversibility of entanglement manipulation in bi-partite quantum systems. The first part of
the talk will deal with known results on the asymptotic manipulation of
pure states under local quantum operations and classical communication (LOCC), which can be shown to be possible in a reversible manner.
This reversibility is lost in case of transformations of mixed states under
LOCC. The main part of the talk will present new results that suggest
that by slightly enlarging the set of allowed quantum operations, rever-
Raum: F102
sibility of entanglement manipulation may be regained again.
Q 37.4 Do 14:45 F102
Entanglement of 2 × K quantum systems — •Artur Loziński1,2 ,
Andreas Buchleitner1 , Karol Życzkowski2,3 , and Thomas
Wellens1 — 1 Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme,
Nöthnitzer Straße 38, D-01187 Dresden — 2 Instytut Fizyki im.
Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, ul. Reymonta 4, PL-30-059
Kraków — 3 Centrum Fizyki Teoretycznej, Polska Akademia Nauk, Al.
Lotników 32/46, PL-02-668 Warszawa
We derive an analytical expression for the lower bound of the concurrence [1] of mixed quantum states of composite 2 × K systems. In
contrast to other, implicitly defined entanglement measures, the numerical evaluation of our bound is straightforward. We explicitly evaluate
its tightness for general mixed states of 2 × 3 systems, and identify a
large class of states where our expression gives the exact value of the
concurrence.
[1] W.K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 80, 2245 (1998).
Q 37.5 Do 15:00 F102
Optimized Local Implementation of Witness Operators for Entanglement Detection — •Philipp Hyllus1 , Otfried Gühne1 ,
Dagmar Bruß1 , Artur Ekert2 , Maciej Lewenstein1 , Chiara
Macchiavello3 , and Anna Sanpera1 — 1 Institut für Theoretische
Physik, Universität Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover — 2 DAMTP,
University of Cambridge, Wilberforce Road, Cambridge CB3 OWA, UK
— 3 Dipartimento di Fisica ”A. Volta” and INFM-Unità di Pavia, Via
Bassi 6, 27100 Pavia, Italy
In quant-ph/0210134 we address the problem of detection of entanglement using only few local measurements when some knowledge about
the state is given. The idea is based on an optimized decomposition of
witness operators into local operators. We present the method and some
of the results for NPT states of 2 × 2 and N × M systems, entangled
states in 3 qubit systems, and bound entangled states in 3 × 3 and 2 × 4
systems, as well as new results for 4 qubit systems.
Q 37.6 Do 15:15 F102
Entanglement and Decoherence of a Schrödinger cat state —
•Andrea Nemes Salgueiro and Juan Ignacio Cirac — MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching
Multi-particle entangled states realized in many recent experiments can
be described to a good approximation by |ψi = √1K (|φ1 i⊗N + |φN i⊗N ),
where |ψi is a state of N two-level systems (qubits) and K is the normalization. We investigate decoherence and quantify the entanglement of
these states when they are coupled collectively or independently with the
environment. In particular, we are interested in characterizing the time
scale for decoherence and for the decay of entanglement. As a measure
of entanglement we choose the negativity which is defined as the sum of
Quantenoptik
Donnerstag
the absolute value of the eigenstates of the partial transpose.
Q 37.7 Do 15:30 F102
Dynamics of entangleed states under the influence of noise —
•Florian Mintert and Andreas Buchleitner — Max Planck Institut für Physik komplexer Systeme Dresden
We consider a bipartite quantum system initially prepared in an entangled state. Unavoidable environment coupling will induce its temporal evolution into a mixed state, and in particular affect its entanglement properties. To describe the time evolution of the latter, we derive
equations of motion for the parameters defining the Best Separable Approximation (BSA)[1]. Given a specific realization of the environment
coupling, these allow to relate the decay of entanglement to well known
damping processes.
[1] M. Lewenstein and A. Sanpera, Phys. Rev. Lett. 80, 2261 (1998)
Q 37.8 Do 15:45 F102
Quantum gates in noisy microtraps — •Antonio Negretti1,2 ,
Carsten Henkel1 , and Tommaso Calarco2,3 — 1 Institut für
Physik, Universität Potsdam, Germany — 2 ECT*, Villa Tombosi,
Trento, Italy — 3 Atomic Physics Division, NIST, Gaithersburg MD,
USA
Controlled collisions in integrated traps are promising candidates for
the realization of qubit gates with neutral atoms [1]. We study the degradation of the gate fidelity due to noise fields leaking out of the microstructered trap substrate. Recent simulations performed in our group indicate
that BECs are particularly sensitive to trap noise because of the intense
nonlinearity in strongly confined traps [2]. We discuss preliminary data
for the phase coherence that remains when condensates split, collide, and
recombine in a time-dependent electro-magnetic trap.
[1] Calarco et al., Phys. Rev. A 61 (2000) 022304
[2] Henkel and Gardiner, submitted for publication (2002)
Q 38 Symposium Photonische Kristalle 2
Raum: F142
Q 38.1 Fr 14:00 F142
Abstracts: siehe Programm vom Symposium Photonische
Kristalle — • —
Q 39 Laser in der Medizin
Gruppenbericht
Q 39.1 Do 14:00 F107
Ti:sapphire channel-waveguide broadband light sources for optical coherence tomography — •Markus Pollnau1 , Aurelian
Crunteanu1 , Laetitia Laversenne1 , Simon Rivier1 , Christos
Grivas2 , David P. Shepherd2 , and Robert W. Eason2 — 1 Applied
Photonics Laboratory, Institute for Biomedical Imaging, Optics, and Engineering, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne, Switzerland
— 2 Optoelectronics Research Centre, University of Southampton, United
Kingdom
We report on the fabrication of Ti:sapphire active channel waveguides.
We created up to 5-µm high ribs in 10-µm thick Ti:sapphire planar
waveguides by reactive ion etching or ion milling. Following excitation
by a green laser, the rib structures showed fundamental-mode channelwaveguide fluorescence emission with up to 310 µW output power. Such
devices are of interest as broadband light sources in low-coherence interferometry. The higher confinement and significantly improved output power over Ti:sapphire bulk structures ensures efficient coupling
to single-mode fiber interferometers and provides a better signal-tonoise ratio. Ultrahigh-resolution optical coherence tomography (OCT)
is demonstrated. Ti:sapphire channel-waveguide superluminescent light
sources provide a simple and robust alternative to femtosecond lasers for
ultrahigh-resolution OCT imaging.
Q 39.2 Do 14:30 F107
Photometrische und Spektroskopische in vivo - Untersuchungen
zur spezifischen Anreicherung von Protoporphyrin IX(PpIX)
in humanem Tumorgewebe — •Dirk Hüttenberger1 , Christian Hoppenheit2 und Hans-Jochen Foth1 für die Klinik für Zahn-,
Mund- und Kieferheilkunde Universität des Saarlandes-Kollaboration —
1
Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern — 2 Klinik für Zahn-,
Mund- und Kieferheilkunde Universität des Saarlandes
Um die Anreicherung von Photosensibilisatoren in Tumorgewebe im
Rahmen Photodynamischer Diagnose und Therapie zu bestimmen wurde ein Messplatz aufgebaut, der es erlaubt, Langzeituntersuchungen an
Tumoren durchzuführen, die unter in-vivo-Bedingungen im sogenannten Hühnereitest auf der CAM, kultiviert werden. Zur Dimensionierung
der Detektoren wurden zu erwartende Fluoreszenzlichtstärken bei definiertem Einsatz von PpIX-Vorstufen mit einem Leistungsmessgerät gemessenen Fluoreszenzlichtstärken in photosensibilisiertem Tumorgewebe
verglichen. Die Kalibrierung der Fluoreszenz-Detektion wurde mit PpIXEichlösungen vorgenommen. Die Kinetik der Anreicherung von Protoporphyrin IX in tumorösem Gewebe nach Gabe von Aminolävulinsäure
(ALA) bzw. Aminolävulinsäurehexylester (h-ALA) wurde anhand verschiedener Zelllinien und Biopsien bestimmt. Mit ortsaufgelöster Fluo-
Raum: F107
reszenzspektroskopie wurden die Spektren behandelter Tumorareale bei
Fluoreszenzanregung ( λ =405nm) von der Autofluoreszenz vor der Gabe von ALA bzw. h-ALA bis zur Abreicherung von PpIX aufgenommen.
Der zeitliche Verlauf der Anreicherung wurde mit einem theoretischen
Modell (nach Sroka) beschrieben.
Q 39.3 Do 14:45 F107
Erste in-vivo Versuche zur Presbyopie Behandlung mit ultrakurzen Laserpulsen — •Tammo Ripken1 , Alexander Heisterkamp1 , Ron Krueger2 , Uwe Oberheide3 , Wolfgang Drommer4 ,
Wolfgang Ertmer5 und Holger Lubatschowski1 — 1 Laser Zentrum Hannover e.V. Hollerithallee 8 30419 Hannover — 2 Cole Eye Institute, Cleveland Clinic Foundation, Cleveland, Ohio, USA — 3 Laserforum
e.V. Donauweg 1 50858 Köln — 4 Institut für Pathologie, Tierärztliche
Hochschule Hannover Bünteweg 17 30559 Hannover — 5 Institut für
Quantenoptik, Universität Hannover Am Welfengarten 1 30167 Hannover
Ab einem Alter von etwa 45 Jahren verliert das menschliche Auge
zunehmend die Fähigkeit zur Akkomodation. Es tritt die sogenannte
Altersweitsichtigkeit oder Presbyopie auf. Der wahrscheinlichste Grund
ist ein Rückgang der Elastizität der Augenlinse. Eine mögliche Therapie
besteht darin, mikrometer-feine Schnitte innerhalb der Linse zu führen
und so einen Elastizitätsgewinn zu erzielen. Dazu wurden in ersten invivo Versuchen am Laser Zentrum Hannover Linsen von Kaninchen mit
einem nahinfraroten Ultrakurzpuls-Laser mit einer Pulsdauer von 150 fs
bei 5 kHz Repetitionsrate bearbeitet. Es konnten verschiedene Schnittgeometrien am nicht eröffneten Auge innerhalb der Linse realisiert und
deren Wundheilungsverlauf über einige Wochen beobachtet werden. Dabei erfolgte die Schnittwirkung aufgrund der hohen Leistungsdichten nur
im Fokus des Lasers durch nichtlineare Absorption; umliegendes Gewebe
sowie die Augenhornhaut, durch die der Laser fokussiert wurde, blieben
dabei wechselwirkungsfrei.
Q 39.4 Do 15:00 F107
Anwendungen von ultrakurzen Laserpulsen in der Ophthalmologie — •Alexander Heisterkamp1 , Tammo Ripken1 , Uwe
Oberheide2 , Omid Kermani2 , Wolfgang Drommer3 , Thanongsak Mamom3 , Wolfgang Ertmer4 und Holger Lubatschowski1
— 1 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover —
2
Laserforum Köln, Donauweg 1, 50858 Köln — 3 Institut für Pathologie, Tierärztliche Hochschule Hannover, Bünteweg 17, 30559 Hannover
— 4 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Am Welfengarten
1, 30167 Hannover
Mittels ultrakurzer Pulse im Bereich weniger hundert Femtosekunden
lassen sich im Innern transparenter Medien durch Erzeugung eines op-
Quantenoptik
Donnerstag
tischen Durchbruchs sehr präzise Schnitte realisieren. Die begleitenden
thermischen und mechanischen Effekte im Gewebe sind aufgrund der
kurzen Pulsdauern und sehr geringen Energien von einem Mikrojoule
drastisch reduziert.
Mittels ultrakurzer Pulse sind verschiedene chirurgische Verfahren in
der Augenheilkunde denkbar: Als ein Hauptziel wird in unserer Gruppe
am Laser Zentrum Hannover der Einsatz von fs-Lasern in der refraktiven
Chirurgie untersucht. Dafür wurden refraktive Eingriffe an lebenden Kaninchen vorgenommen und die Wundheilungseffekte histo-pathologisch
bis zu 120 Tage post-operativ beobachtet. Des Weiteren können die sehr
genauen Schnitte für Hornhauttransplantationen genutzt werden. Erste
Ergebnisse zu weiteren Anwendungen im Bereich der Trabekulektomie
sowie der Presbyopie werden präsentiert
Q 39.5 Do 15:15 F107
Diodengepumpter hochrepetierender Erbiumlaser für medizinische Anwendungen — •Holger Ernst1 , Holger Lubatschowski1 und Wolfgang Ertmer2 — 1 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover — 2 Institut für Quantenoptik, Universität
Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Wasser weist im 3µm Wellenlängenbereich eine starke Absorption
auf. Bei dieser Wellenlänge emittierende Laser sind daher sehr präzisen
medizinischen Instrumenten. Unser Ziel ist die Anwendung eines solchen
Lasers in der Kataraktchirurgie (Grauen Star), einer der am häufigsten
durchgeführten medizinischen Eingriffe (500.000 Eingriffe/Jahr in
Deutschland). Um mit der gängigen Ultraschallmethode konkurrieren zu
können, ist ein Erhöhung der Abtragsgeschwindigkeit der Lasersysteme
nötig.
Es ist uns gelungen mit einem diodengepumpten Er:YAG Lasersystem
durchschnittliche Ausgangsleistung von 5 W bei bis zu 300 Hz Repetitionsrate und über 1,5 W bei 1kHz zu realisieren. Der hierbei auftretende Abfall der Ausgangsleistung zu höheren Repetitionsraten tritt dabei
durch die zu diesen geringer werdende, nicht optimale Pumppulsdauer
auf. Es konnten differentielle Wirkungsgrade bis zu 19,4 % bei einer
optimalen Pumppulsdauer von 300 µs erreicht werden. Unser sehr kompaktes System (Platzbedarf: DIN A4 - Blatt) zeigt durch sein spezielles
Design weiteres Skalierungspotenzial zu höheren Leistungen, wie u.a. die
Untersuchungen der auftretenden thermischen Linsen zeigen.
Q 39.6 Do 15:30 F107
Laserlicht-Gewebe-Wechselwirkung bei fs-Pulsen: Messungen
des Rückstoßimpulses durch Laser-Doppler-Vibrometrie —
•Dirk Mittnacht1 , Gaenato Sessa2 , Michele Travaglini2
und Hans-Jochen Foth1 für die Ancona, Italien-Kollaboration
— 1 Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern — 2 Fachbereich
Maschinenbau, Universität Ancona, Italien
Einige Gruppen aus dem Gebiet der Laserlicht-GewebeWechselwirkung haben bereits gezeigt, dass die thermische Schädigung
der bestrahlten Fläche aufgrund der kurzen Pulszeiten kein wesentliches
Problem mehr darstellt. Vielmehr tritt eine andere Schwierigkeit immer
mehr in den Vordergrund, vor allem wenn man zur Schonung des
umgebenden Gewebes zu Pulszeiten im fs-Bereich übergeht. Durch
das ablatierte Material, das die Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit
verlässt, wird ein Rückstoßimpuls auf das Gewebe übertragen. Vor allem
bei Operationen an sehr feinen Organstrukturen (z.B. im Mittelohr)
kann dies zu Schädigungen führen.
Mit Hilfe der Laser-Doppler-Vibrometrie wurde der Rückstoßimpuls
bei Ablation von Hartgewebe gemessen. Die hier vorgestellten Ergebnisse
basieren auf Messungen unter Einsatz ultra-kurzer Pulse eines Ti:Saphire
Lasers ( λ = 810nm, ∆ t=100fs). Eine signifikante Steigerung der Empfindlichkeit dieser Methode wurde durch neu entwickelte Federplatten zur
Befestigung der Gewebeproben erreicht.
Q 39.7 Do 15:45 F107
Extraluminale Laser Angioplastie (ELAN) - Laserbearbeitung
der arteriellen Wand zur Wiederherstellung ihrer Flexibilität
und Methoden zur Therapiekontrolle — •Fabian Will1 , Holger
Lubatschowski1,2 , Ajoy Singh2 , Evgeny Sharabrin3 , Veronika Sapozhnikova4 , Roman Kuranov 4 und Wolfgang Ertmer5
— 1 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8 , 30419 Hannover —
2
Union Park, India — 3 Nizhny Novgorod State Medical Academy, Russia — 4 Institute of applied physics, Russian Academy of Science, Nizhny
Novgorod, Russia — 5 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover
ELAN ist eine neue Methode zur Behandlung arteriosklerotischer
Gefäße. Ziel ist die Wiederherstellung der Flexibilität der Gefäßwand
durch präzisen Gewebeabtrag von der äußeren Schicht des erkrankten Gefäßes. Dies führt zu einer Expansion des verengten Gefäßes
und somit zur Wiederherstellung eines ausreichenden Blutflusses. Wir
präsentieren Ergebnisse von der Bearbeitung arterieller Gefäße in vitro. Der Gewebeabtrag erfolgte mit einem ArF-Excimer Laser bei eiJ
ner Wellenlänge von 193 nm und einer Fluenz um 0,2 cm
Gemes2.
sen wurde der Gefäßdurchmesser in Abhängigkeit der Schnitttiefe. Für
die Therapiekontrolle, d.h. Detektion der verbleibendenWandstärke,
werden zwei optische Verfahren vorgestellt. Wir demonstrieren ex vivo und in vivo OCT-Bilder (OCT: Optische Kohärenztomographie),
die in Zusammenarbeit mit dem Institute of Applied Physics, RAS,
Nizhny Novgorod, Russland, aufgenommen wurden. Ferner werden
Diffusionsspektroskopie-Messungen (Messung der Streulichtintensität in
Abhängigkeit der Gefäßwandstärke) diskutiert.
Q 39.8 Do 16:00 F107
Höchstempfindliche Echtzeit-Spurengasanalytik des menschlichen Atems mittels Infrarot-Cavity-Leak-Out-Spektroskopie —
•Golo von Basum, Daniel Halmer, Hannes Dahnke, Peter Hering und Manfred Mürtz — Institut für Lasermedizin, Universität
Düsseldorf — www.ilm.uni-duesseldorf.de/tracegas
Im menschlichen Atem sind eine Reihe von Stoffen enthalten, die
Rückschlüsse auf verschiedene Prozesse im Organismus ermöglichen.
Viele sind aber nur in geringsten Konzentrationen vorhanden, z.B.
Ethan, das ein Marker für oxidativen Stress ist. Um physiologische
Vorgänge während des Ausatmens beobachten zu können, sind eine
hohe Zeitauflösung (<1 s) und höchste Empfindlichkeit notwendig.
Die Cavity-Leak-Out Spektroskopie (CALOS) ist sehr gut geeignet für
die Analyse von Spurengasen im sub-ppb-Bereich (ppb=parts per billion)[1]. Wir benutzen einen verstimmbaren CO-Oberton-SeitenbandLaser (λ=3 µm), um einen Resonator hoher Güte (L=50 cm) anzuregen,
wodurch effektive optische Weglängen von bis zu 3,6 km erreicht werden.
Nach der Anregung des Resonators wird der Laser abgeschaltet und der
zeitliche Verlauf der exponentiell abklingenden Strahlung aufgezeichnet.
Die Konfiguration des Gassystems und die Implementierung eines sehr
schnellen Auswertealgorithmus ermöglichen Ansprechzeiten von 690 ms
bei einer minimal nachweisbaren Absorption von 1, 2 × 10−9 cm−1 (Integrationszeit: 250 ms). Damit ist es erstmals möglich, Exspirogramme für
Ethan im ppb Bereich aufzuzeichnen.
[1] Dahnke, Kleine, Hering, Mürtz, Appl Phys B 72, 971-975 (2001).
Q 40 Präzisionsmessungen
Gruppenbericht
Q 40.1 Do 14:00 F142
Der Gravitationswellendetektor GEO600 — •B. Willke für die
GEO600 Kollaboration — Institut für Atom- und Molekülphysik
Universität Hannover, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik Teilinstitut Hannover, Callinstr. 38, 30167 Hannover
Mit der Installation der letzten monolithisch aufgehängten Hauptspiegel ist die Inbetriebnahme des deutsch-britischen Gravitationswellendetektors GEO 600 nahezu abgeschlossen. Der laserinterferometrische Detektor mit 600 m Armlänge wird zur Zeit in seiner Empfindlichkeit optimiert.
In diesem Beitrag wird das Meßprinzip von laserinterferometrischen Gra-
Raum: F142
vitationswellendetektoren erläutert und es werden die Grenzen der erreichbaren Empfindlichkeit dargestellt. Anschließend werden erste Messungen vorgestellt und es wird auf die nötigen Optimierungsschritte eingegangen, die zum Erreichen der angestrebten Empfindlichkeit notwendig
sind.
Quantenoptik
Q 40.2 Do 14:30 F142
Dual Recycling bei GEO 600 - Interferometersimulationen
im Zeitbereich — •Michaela Malec1 , Hartmut Grote2 , Ken
Strain3 , Andreas Freise2 , Harald Lück1,2 , Benno Willke1,2 ,
Karsten Danzmann1,2 und das GEO600 Team1,2,3 — 1 Universität
Hannover, Institut für Atom- und Molekülphysik — 2 Albert Einstein
Institut für Gravitationsphysik, Teilstelle Hannover — 3 University of
Glasgow, Scotland
Der Gravitationswellendetektor GEO 600 in Ruthe bei Hannover ist
weltweit das einzige Michelson Interferometer (MI) diesen Maßstabes,
das auf Dual Recycling basiert.
Wegen einiger optischer Eigenschaften (z.B. Lichtleistungen oder Resonatorfinessen) ist die Implementierung dieses bereits erfolgreich getesteten Konzeptes bei GEO 600 jedoch eine anspruchsvolle Herausforderung.
Simulationen im Frequenzbereich liefern bereits hilfreiche Informationen
über diverse Signalgrößen im Gleichgewichtszustand[1].
Beim Versuch, den Detektor an seinen Arbeitspunkt zu bringen und zu
halten, spielen dynamische Effekte jedoch eine entscheidende Rolle. Um
das Zeitverhalten eines optischen Experimentes zu verstehen, ist seitens
des amerikanischen Gravitationswellendetektors LIGO ein Programm namens End to End Model entwickelt worden, das optische, mechanische
und elektronische Komponenten eines Aufbaus verbinden und im Zeitbereich simulieren kann[2]. In diesem Vortrag möchte ich neueste Simulationsergebnisse sowohl im Frequenz- als auch im Zeitraum vorstellen.
[1] Freise, A.: http://www.rzg.mpg.de/˜adf/dr/
[2] Hiro Yamamoto et al: http://www.ligo.caltech.edu/˜e2e/
Q 40.3 Do 14:45 F142
Duales Recycling für den Gravitationswellendetektor GEO 600
— •Hartmut Grote1 , Andreas Freise1 , Gerhard Heinzel2 ,
Kenneth Strain3 , Harald Lück2 , Benno Willke2 , Karsten
Danzmann1,2 und und das GEO600 team1,2,3 — 1 UNI Hannover,
Institut für Atom- und Molekülphysik, Callinstr. 38, 30167 Hannover —
2
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 3 Dep. of Physics and Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ
Duales Recycling ist eine optische Konfiguration zur Empfindlichkeitssteigerung eines Michelson-Interferometers. Diese Technik wird gegenwärtig zum ersten Mal an einem Interferometer mit Armlängen im
km-Bereich eingesetzt. Die Empfindlichkeit des deutsch-britischen Gravitationswellendetektors GEO 600 für Längenänderungen,
lässt sich durch
√
Duales Recycling auf bis zu 10−18 m/ Hz bei einigen 100 Hz Detektionsfrequenz steigern. Die grundlegenden Prinzipien der Methode sowie ihre
aktuelle Implementierung an GEO 600 werden dargelegt.
Q 40.4 Do 15:00 F142
Datenerfassung und Datenanalyse des Gravitationswellendetektors GEO600 — •Karsten Kötter für die GEO600 Kollboration1,2 , Martin Hewitson3 , Uta Weiland1,2 , Ik Siong Heng1,2 ,
Benno Willke1,2 , Harald Lück1,2 und Karsten Danzmann1,2 —
1
Institut für Atom- und Molekülphysik, Abteilung Spektroskopie, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 2 Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik,
Albert-Einstein-Institut, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 3 Department
Of Physics And Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ,
Scotland, UK
Der Gravitationswellendetektor GEO600 hat mittlerweile in
mehrwöchigen Läufen Meßdaten geliefert. Zusätzlich zu dem Gravitationswellenkanal werden sowohl Daten der Subsysteme des Detektors
(Mode Cleaner, Interferometer, ...) als auch Daten von Umgebungssensoren aufgezeichnet, die äußere Einflüsse auf den Detektor protokollieren
(Erschütterungen, Luftdruckschwankungen, Magnetfelder, ...).
Das Koppeln dieser Umwelteinflüsse auf den Gravitationswellenkanal
zu identifizieren sowie ein besseres Verständnis des Detektors zu gewinnen ist Ziel der vorgestellten Arbeiten. Außerdem werden Aufbau und
Funktionsweise des Datenerfassungssystems erklärt.
Q 40.5 Do 15:15 F142
Die Erzeugung von kontinuierlichen Signalen zur Kalibration
des Gravitationswellendetektors GEO 600 — •U. Weiland1 , G.
Heinzel2 , G. Woan3 , K. Danzmann1,2 und das GEO 600 Team1,2,3
— 1 Institut für Atom- und Molekülphysik, Abteilung Spektroskopie, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 2 Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut, Teilinstitut Hannover, Callinstr. 38, 30167
Hannover — 3 Department of Physics and Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ U.K.
Donnerstag
Bereits zweimal wurden mit dem Gravitationswellendetektor GEO 600
[1] über mehrere Wochen Meßdaten aufgenommen, aus denen eine obere
Grenze für die Abstrahlung von Gravitationswellen für einige bekannte
Pulsare bestimmt werden konnte. Sowohl für die Kalibration des Detektors als auch zur Validierung der Datenauswertung ist es nötig, Testsignale einzuspeisen. Mit einer Laserdiode wird über Strahlungsdruck die
Position einer der 5,6 kg schweren Interferometerspiegel moduliert. Auf
diese Weise wird z.B. ein Testsignal mit der Signatur eines Pulsares eingespeist. Die so simulierte Messung einer Gravitationswelle wird benutzt,
um die Suchalgorithmen für kontinuierliche Gravitationswellensignale zu
testen.
[1] B. Willke and the GEO 600 team The GEO 600 gravitational wave
detector Class. Quantum Grav. 19 (2002) 1377 - 1387
Q 40.6 Do 15:30 F142
Monolithische Spiegelaufhängung für den Gravitationswellendetektor GEO 600 — •Stefan Goßler1 und Das GEO
600 Team1,2,3 — 1 Max-planck-Institut für Gravitationsphysik,
Albert-Einstein-Institut, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 2 Institut für
Atom-und Molekülphysik, Uni Hannover, Callinstr. 38, 30167 Hannover
— 3 Institute for Gravitational Research, Dept. Physics and Astronomy,
University of Glasgow, UK, G12 8QQ
Das thermische Rauschen der optischen Komponenten ist ein
limitierender Faktor sowohl der im Aufbau befindlichen als auch der
zukünftigen Gravitationswellendetektoren. Daher müssen Materialien
und Aufhängungen höchster mechanischer Güte verwendet werden.
GEO 600 ist das erste Interferometer mit monolitischen Aufhängungen
des Strahlteilers und der Spiegel. Dazu wird je ein Spiegel (5,6 kg) mit
vier Glasfasern (110 µm Radius) an einer gleichartigen Masse derart aufgehängt, dass ein Monolith entsteht. Alle dabei beteiligten Komponenten
bestehen aus hochreinem künstlichen Glas, ’fused silica sv2’. Die Eigenmoden der Aufhängungsfasern (Violinmoden) erreichen dabei Güten
grösser als 108 . Um die Kontrolle des Interferometers auch bei höheren
Frequenzen zu ermöglichen, wurde eine Methode entwickelt, die Violinmoden selektiv zu d*mpfen und ihre Eigenfrequenzen unabhängig voneinander zu stimmen, ohne dabei die Pendelgüte der Aufhängung zu
verringern.
Sowohl die monolithische Aufhängung als auch das Dämpfungsverfahren
werden vorgestellt.
Q 40.7 Do 15:45 F142
Thermisches Durchstimmen der Reflektivität eines Signal Recycling Spiegels für den Gravitationswellendetektor GEO600 —
•Stefan Hild1 , das GEO600 Team1,2,3 und Harald Lück1,2 —
1
Uni Hannover, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 2 AEI, MPI für Gravitationsphysik, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 3 AEI, MPI für Gravitationsphysik, Hans-Kopfermannstr. 1, 85748 Garching
Um den Messbetrieb des deutsch-britischen Gravitationswellendetektors GEO600 zwischen einem frequenzselektiven Modus (narrow-band)
und einem breitbandigen Modus (broad-band) stufenlos wechseln zu
können, ist die gezielte Variation der Reflektivität des Signal Recycling Spiegels erforderlich. Aufgrund der allgemeinen Komplexität des
GEO600 und der Positionierung des Signal Recycling Spiegels im UHV
ist sein schnelles Austauschen nicht möglich.
Mit Hilfe der temperaturabhängigen Variation des Brechungsindex
lässt sich die Reflektivtät, eines als Signal Recycling Spiegel verwendeten Etalons, thermisch durchstimmen. Hierbei ist eine homogene Temperaturverteilung im Etalon von besonderer Bedeutung, um die Beeinträchtigung der Strahlqualität zu minimieren. Derzeit wird am 12mPrototypen in Garching und in einem Laborversuch in Hannover das
thermische Durchstimmen eines Spiegels getestet.
Quantenoptik
Donnerstag
Q 41 Quantengase 4
Q 41.1 Do 14:00 E001
Bose-Einstein Kondensate in einer sehr anisotropen Falle —
•Robert Löw, Jürgen Schoser, Rolf Heidemann, Jochen
Steinmann, Yuri Ovchinnikov und Tilman Pfau — 5. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70550
Stuttgart
Wir präsentieren die Erzeugung von Bose-Einstein Kondensaten mit
einigen 105 Rubidium-Atomen in unserem Aufbau. Eine Besonderheit
ist dabei die extrem anisotrope Geometrie der Magnetfalle mit Aspektverhältnissen bis zu 200. Der Einfluss dieser Geomtrie auf die Ausbildung
des Kondensats und die Eigenschaften des Kondensates werden diskutiert.
Entlang der langen Achse können wir zusätzlich ein blau verstimmtes
eindimensionales optisches Gitter überlagern. Hierzu stellen wir unseren
Aufbau vor und geben einen Ausblick in die ersten Experimente.
Q 41.2 Do 14:15 E001
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
in
einem
Bose-EinsteinKondensat — •Axel Görlitz, Stefano Giovanazzi und Tilman
Pfau — 5. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, 70550
Stuttgart
In einem BEC, in dem die anisotrope, langreichweitige Wechselwirkung zwischen magnetischen (oder elektrischen) Dipolmomenten nicht
vernachlässigbar ist, treten neuartige Phänomene auf. Ein Beispiel ist
die Abhängigkeit der Stabilität von der Fallengeometrie. Wir haben uns
theoretisch damit beschäftigt, wie die dipolare Wechselwirkung in einem
BEC sichtbar gemacht und wie ihre Stärke variiert werden kann [1]. Die
Möglichkeit zum kontrollierten Einstellen der Wechselwirkung könnte in
Zukunft besonders für die Stabilisierung stark dipolarer Gase von Bedeutung sein.
Im Gegensatz zu BECs mit reiner Kontaktwechselwirkung, unterscheidet sich die Form eines gefangenen dipolaren BEC auch im ThomasFermi-Limit von der Form der Falle. Wir haben untersucht wie die freie
Expansion eines solchen dipolaren BEC modifiziert wird [2].
[1] S. Giovanazzi, A. Görlitz and T. Pfau, Phys. Rev. Lett. 89, 130401
(2002)
[2] S. Giovanazzi, A. Görlitz and T. Pfau, arXiv:cond-mat/0211545 (2002)
Q 41.3 Do 14:30 E001
Übergang zum 2D-Regime in einer optischen Oberflächenmikrofalle für ultrakalte Cs-Atome — •David Rychtarik, Markus Hammes, Bastian Engeser, Hans-Christoph
Nägerl und Rudi
Grimm — Institut für Experimentalphysik,
Universität Innsbruck
Wir haben ultrakalte Cs-Atome in einer optischen, stark anisotropen
Mikrofalle in einem nahezu zweidimensionalen Zustand präpariert. Die
Mikrofalle [1] mit einem Aspektverhältnis von 200 ist eine Kombination aus zwei evaneszenten Lichtwellen an einer Prismenoberfläche. Mit
Hilfe evaporativer Kühlung werden 20000 Atome auf eine Temperatur
von 100 nK gekühlt. Bei diesen Bedingungen liegt ein nahezu entartetes
atomares Gas mit einer Phasenraumdichte von 0,1 vor. Dabei befinden
sich die Atome nur 1 µm über der Prismenoberfläche. Mehr als 60 % aller Atome sind im untersten Quantenzustand der stark eingeschränkten
vertikalen Bewegungsrichtung. Lädt man ein Bose-Einstein-Kondensat
in diese stark anisotrope Falle, so können 2D-Effekte, wie z.B. geänderte
Streu- oder Thermalisierungseigenschaften, untersucht werden. [1] M.
Hammes, D. Rychtarik, B. Engeser, H.-C. Nägerl, and R. Grimm. physics/0208065
Q 41.4 Do 14:45 E001
Dynamic structure factor of a Bose-Einstein condensate in
a 1D optical lattice — •Meret Krämer1 , Chiara Menotti1,2 ,
Lev Pitaevskii1,3 , and Sandro Stringari1 — 1 Dipartimento di
Fisica, Università di Trento and BEC-INFM,I-38050 Povo, Italy —
2
Dipartimento di Matematica e Fisica, Università Cattolica del Sacro
Cuore, I-25121 Brescia, Italy — 3 Kapitza Institute for Physical Problems, ul. Kosygina 2, 117334 Moscow, Russia
We study the effect of a one dimensional periodic potential on the dynamic structure factor of an interacting Bose-Einstein condensate at zero
temperature. We show that, due to phononic correlations, the excitation
strength towards the first band develops a typical oscillating behaviour
Raum: E001
as a function of the momentum transfer, and vanishes at even multiples
of the Bragg momentum. The effects of interactions on the static structure factor are found to be significantly amplified by the presence of the
optical potential. Our predictions can be tested in stimulated photon
scattering experiments.
Q 41.5 Do 15:00 E001
Dynamics of Ultra-Cold Low-Dimensional Bosons using
Density-Functional Theory — •Joachim Brand — Max-PlanckInstitut fuer Physik komplexer Systeme Dresden
A time-dependent density-functional theory (DFT) is formulated for
the dynamics of a 1-D Bose gas with repulsive point-like interactions at
arbitrary interaction strength. The approach relies on the fermionization
taking place for strong interactions and interpolates between the bosonic
and fermionic extremes for intermediate interaction strengths. This theory is relevant with respect to current and planned experiments with cold
atoms in magnetic micro traps and optical lattice traps.
Q 41.6 Do 15:15 E001
Signature of One-Dimensionality in Oscillation Dynamics of
Bose-Einstein Condensates — •M. Kottke, D. Hellweg, T.
Schulte, S. Drenkelforth, L. Cacciapuoti, J. Arlt, and W.
Ertmer — Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
The possibility to transfer Bose-Einstein condensates into a onedimensional (1D) or even more strongly confining regime has raised considerable interest. Among the signatures of the transition to such a
regime are the appearance of low-energy excitations of the condensate
phase [1] and the change in release energy [2]. Recently, the oscillation
properties have been predicted to change in the regime between 3D and
1D condensates [3]. We present measurements of the frequency of the low
m=0 quadrupole oscillation mode in highly elongated, purely magnetic
traps with extreme aspect ratio (1:100). However, this frequency is also
influenced by temperature and oscillation amplitude of the condensate.
By choosing appropriate experimental conditions where these effects are
suppressed, we can observe the crossover regime between 3D and 1D. We
compare our results with theory [3] and present the observed signature
of one-dimensionality.
[1] S. Dettmer et al., Phys. Rev. Lett. 87, 160406 (2001)
[2] A. Görlitz et al., Phys. Rev Lett. 87, 130402 (2001); F. Schreck et
al., Phys. Rev. Lett. 87, 080403 (2001)
[3] C. Menotti and S. Stringari, Phys. Rev. A 66, 043610 (2002)
Q 41.7 Do 15:30 E001
Quantum dynamics in quasi one-dimensional gases —
•Reinhold Walser — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm
The thermo-dynamic behavior of quantum gases responds sensitively
to the dimensionality of a system. Consequently, one finds that the importance of fluctuations growths with the reduction of available phasespace [1]. For example, this suppresses BEC in a strictly one-dimensional
homogeneous gas (Mermin-Wagner-Hohenberg theorem).
However, it has been demonstrated already in many contexts that
trapped gases of finite number and spatial extension are qualitatively
different. In the present contribution, we are going to study the nonequilibrium response [2] of a quasi one-dimensional gas, as it is realized
in a prolate configuration [3]. In particular, we will investigate the spatial
correlation properties of the gas.
[1] D. Petrov, et al., Phys. Rev. Lett, 85, 3745 (2000)
[2] R. Walser, et al., Phys. Rev. A, 63, 013607 (2001)
[3] A. Görlitz, et al., Phys. Rev. Lett., 87, 130402 (2001)
Q 41.8 Do 15:45 E001
Hydrodynamic behavior in dense thermal clouds of Rb-87 —
•Ch. Buggle, I. Shvarchuck, D.S. Petrov, M. Kemmann, T.G.
Tiecke, W. von Klitzing, G.V. Shlyapnikov, and J.T.M. Walraven — FOM Institute for Atomic and Molecular Physics (AMOLF),
Kruislaan 407, 1098SJ Amsterdam, The Netherlands
We studied the crossover from collisionless to hydrodynamic behavior
in elongated thermal clouds of the Rb-87 quantum gas at temperatures
just above the critical temperature for Bose-Einstein condensation [1].
Four indicators for the hydrodynamic regime were analyzed. At the high-
Quantenoptik
Donnerstag
est density the mean free path was found to be less than the radial size
of the cloud. This was shown to give rise to anisotropic expansion of
the cloud after release from the trap. Asymptotic aspect ratios as small
as 0.78(2) were observed. The consequences for time-of-flight thermometry are discussed. Further, the frequency of the lowest shape oscillation
(quadrupole mode) was found to decrease with increasing density. The
damping of these oscillations first increased, to decrease again at the
highest densities. A comparison with theory is made [2,3].
[1] I. Shvarchuck, Ch. Buggle, D.S. Petrov, K. Dieckmann, M.
Zielonkowski, M. Kemmann, T.G. Tiecke, W. von Klitzing, G.V. Shlyapnikov, J.T.M. Walraven, Phys.Rev.Lett. 89 (2002) 270404.
[2] Y. Kagan, E. L. Surkov, and G. V. Shlyapnikov, Phys.Rev.A 55
(1997)R18.
[3] D. Guery-Odelin, F. Zambelli, J. Dalibard, and S. Stringari,
Phys.Rev.A 60 (1999) 4851.
Q 42 Poster: Präzisionsmessungen
Raum: Lichthof
Q 42.1 Do 16:30 Lichthof
Magnetic field measurement based on Electromagnetically Induced Transparency — •Arno Huss, Roland Lammegger, and
Laurentius Windholz — Institut für Experimentalphysik, Technische Universität Graz, Petersgasse 16, 8010 Graz
The destructive quantum interference of resonantly excited transitions
within a lambda-system in case of two photon resonance leads to a
medium, which is coherently prepared in a superpositional dark state.
The corresponding distinct enhancement of radiation transmission is well
known as Electromagnetically Induced Transparency. Due to the quantum interference nature of this effect very narrow linewidths downto 1
Hz can be observed. Consequently, if a lambda system is constructed
within the Zeeman sublevel manifold of a hyperfine state, the transmission is very sensitive to magnetic field deviations. We present first results
of sub-kHz resonances, observed in a Hanle configuration by single laser
frequency excitation on the Rb87 D1 line. The aim of our work is to build
a portable magnetometer with high accuracy and high spatial resolution,
which works at room temperature. It can be used in human health care
and in the monitoring and standardisation of working conditions.
Geauigkeit und Stabilität von Differenzfrequenzkämmen — •M.
Zimmermann, Ch. Gohle, R. Holzwarth, Th. Udem und T.W.
Hänsch — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-KopfermannStraße 1, 85748 Garching b. M.
Das optische Spektrum eines fs-Lasers besitzt eine kammartige Struktur, die sich durch die Gleichung fn = n × frep + fceo beschreiben läßt,
wobei frep die Pulswiederholrate, fceo die Carrier Envelope Offset Frequenz und n eine ganze Zahl in der Größenordung von 106 ist. Mit Hilfe
von mikrostrukturierten Glasfasern ist es möglich, das Spektrum von
fs-Lasern auf mehr als eine Oktave zu verbreitern, ohne die Kammstruktur zu zerstören. Dadurch ist es auf einfache Art möglich, die beiden
Freiheitsgrade frep und fceo des Kamms zu kontrollieren. Damit sind fsFrequenzkämme ideale Werkzeuge zur genauen Messung optischer Frequenzen bzw. eignen sich als Uhrwerke für zukünftige optische Atomuh-
ren. Mit Hilfe von Differenzfrequenzmischung hinter der Glasfaser ist es
möglich, einen optischen Frequenzkamm zu erzeugen, dessen fceo exakt
Null ist, was experimentel bis auf 6.6 × 10−21 bestätigt werden konnte.
Für die Stabilität relativ zum Orginalkamm wurden normierte Allanvarianzen von unter 10−18 für eine Sekunde Torzeit gemessen. Dadurch
und durch die Tatsache, daß nur die Pulswiederholrate stabilisiert werden
muß, sind Differenzfrequenzkämme auf besondere Weise als Uhrwerke für
optische Atomuhren geeignet, die das Potential besitzen, die hohe Stabilität und Genauigkeit optischer Frequenzstandards ohne Verluste in den
Radiofrequenzbereich zu übertragen.
Development and performance of a laser driven cesium magnetometer with f T sensitivity — •Stephan Gröger, Robert
Wynands, and Antoine Weis — Université de Fribourg, Physics Department, Chemin de Musée 3, 1700 Fribourg, Switzerland
For a planned experiment at Paul Scherrer Institute (PSI) searching
for a possible electric dipole moment (edm) of the neutron it is essential
to measure and stabilize the applied magnetic field and its homogeneity
with high accuracy. In this context we have developed a laser driven optically pumped magnetometer (OPM) which is based on cesium contained
in a paraffin-coated glass cell of 7cm diameter. The OPM is designed
for measuring a magnetic field of 2 µT with the highest possible sensitivity. It is operated in the so-called Mx configuration and measures the
corresponding Larmor frequency of about 7 kHz while optical pumping
is performed on a hyperfine component of the D1 line. The intrinsic
linewidth of the magnetometer signal was measured to be 3.5 Hz. The
light is produced by an extended cavity diode laser whose output frequency is stabilized to the Doppler-broadened transition in a reference
cell.
The magnetometer can be operated either in the self-oscillating
mode or √
in the phase-locked mode and shows an intrinsic sensitivity
of 60 fT/ Hz. Details on the design of the OPM and its performance
inside the shield of the edm experiment will be presented.
Q 43 Poster: Laser in der Umweltmesstechnik
MIR-Laserspektroskopie zur Bestimmung dreidimensionaler
Konzentrationsprofile von Kohlenstoffmonooxid in Flammen
— •Ulrike Willer1 , Alireza Khorsandi1 , Peter Geiser1 ,
Lothar Wondraczek2 und Wolfgang Schade1 — 1 IPPT, TU
Clausthal — 2 INW, TU Clausthal
Die CO-Konzentration gibt Aufschluß über die Stöchiometrie einer
Verbrennung. Da CO im MIR starke Fundamentalbanden besitzt, kann
es durch Absorptionsspektroskopie detektiert werden. Zur schmalbandigen Anregung wird ein DFG-Laser verwendet. Zwei cw-Diodenlaser
mit Wellenlängen 787 nm und 681 nm werden in einem AgGaS2 -Kristall
überlagert. Die erzeugte Strahlung ist zwischen 4.9 und 5 µm durchstimmbar.
Eine Methan/Luft-Flamme wird in einem McKenna Brenner
präpariert. CO wird über die Absorption der P(26)-Rotationslinie in
der Flamme und in einer Referenzzelle detektiert. Die Konzentration
wird durch numerische Anpassung von Voigtprofilen an die Absorptionsmessungen bestimmt. Die Brennerfläche wird gerastert, indem der
Brenner relativ zum Laserstrahl um jeweils 10◦ gedreht wird und zu jeder Winkelstellung Messungen mit jeweils 5 mm Abstand durchgeführt
Raum: Lichthof
werden. Über computergestützte Tomographie werden aus den so gewonnenen Daten Konzentrations- und Temperaturprofile erstellt. Durch
Kombination der Messungen unterschiedlicher Höhen entsteht ein dreidimensionales Profil, das Aufschluß über die räumliche Verteilung von
Verbrennungsgasen gibt.
Gepulstes Differenzfrequenzspektrometer für den mittleren Infrarotbereich — •Peter Geiser, Ulrike Willer und Wolfgang
Schade — Institut für Physik und Physikalische Technologien, TU
Clausthal
Absorptionsspektroskopie wird häufig im mittleren infraroten Spektralbereich eingesetzt, da dieser einen selektiven und sensitiven Nachweis einzelner Spezies erlaubt. Differenzfrequenzerzeugung in Silbergalliumsulfid (AgGaS2 ) ermöglicht die Bereitstellung schmalbandiger Laserstrahlung im Bereich von 3.5-12 µm. Es wird ein kompakt aufgebautes, gepulstes Differenzfrequenz-Lasersystem vorgestellt, das einen passiv
gütegeschalteten Cr4+ :Nd3+ :YAG-Microchiplaser und einen weit durchstimmbaren nachverstärkten cw-Diodenlaser als Signal- und Pumpquelle
verwendet. Mit kritischer Typ I Phasenanpassung wird Strahlung im
Quantenoptik
Donnerstag
Bereich von 3.85-4.65 µm mit einer Pulslänge im Subnanosekundenbereich generiert. Der interne Phasenanpassungswinkel variiert von 54 64◦ , die Signalwellenlänge ist λ = 1064 nm. Die spektrale Linienbreite
von 1.2·10−2 cm−1 erlaubt ein Durchstimmen der Wellenlänge mit hoher spektraler Auflösung. Bei einer Wiederholrate von 3.5 kHz wird eine
maximale Pulsleistung von 0.3 mW erreicht. Dieses MIR-Lasersystem
wird erstmals in einer LIDAR-Meßapparatur zur ortaufgelösten Erfassung von CO2 -Konzentrationen eingesetzt. Beispiele für den spektroskopischen Einsatz dieses Systems (N2 O, CO2 , H2 O) werden vorgestellt.
Laserspektroskopische Detektion von Molekülen in korrosiven
Atmosphären — •Christian Bohling, Irina Kostjucenko, Ulrike Willer und Wolfgang Schade — Institut für Physik und Physikalische Technologien
Die Absorptionsspektroskopie im mittleren Infrarot (MIR) ermöglicht
eine empfindliche und selektive Diagnostik von Molekülen in komplexen Gasgemischen. Der optische Zugang in das Medium erfolgt über
Lichtleitfasern. Absorptionsmessungen werden entweder direkt über eine optische Wegstrecke oder über die Wechselwirkung des evaneszenten
Feldes einer Lichtleitfaser mit dem umgebenden Medium durchgeführt.
Als Strahlquellen werden single mode DFB Laser (1.57 µm) oder die Differenzfrequenzerzeugung mit Diodenlasern in PPLN und AgGaS2 (3-10
µm) verwendet. Auf dieser Grundlage werden einfache Sensorkonzepte
entwickelt, die eine online und insitu Analytik von Gasen in korrosiven
Atmosphären ermöglichen. Beispiele hierfür sind die Diagnostik von Vulkangasen, die motorische Verbrennung und Glasschmelzöfen.
Hochempfindliche IR Cavity-Leak-Out und photoakustische
Spektroskopie mit einem Dauerstrich-Optisch-ParametrischenOszillator — •Frank Müller1 , Alexander Popp1 , Stephan
Schiller2 , Manfred Mürtz3 , Golo von Basum3 , Hannes
Dahnke3 , Peter Hering3 und Frank Kühnemann1 — 1 Institut
für Angewandte Physik, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn — 2 Institut für
Experimentalphysik, Universitätsstrasse, 40225 Düsseldorf — 3 Institut
für Lasermedizin, Universitätsstrasse, 40225 Düsseldorf
Kohlenwasserstoffe, Alkohole und Aldehyde spielen eine wichtige Rolle
in der Pflanzenphysiologie, Umweltanalytik und Medizin. Diese Moleküle
besitzen im Wellenlängenbereich von etwa 3200-3800 nm sehr starke
Absorptionsbanden. In diesem Wellenlängenbereich haben sich CavityLeak-Out und photoakustische Spektroskopie als hochempfindliche (subppb), selektive und zeitaufgelöste Methoden etabliert. Aufgrund ihrer
großen Ausgangsleistungen, guten kontinuierlichen Frequenzabstimmbarkeit und -stabilität, schmalen Linienbreite und kompakten Designs setzen
sich Dauerstrich-Optisch-Parametrische-Oszillatoren (cw-OPO) als Laserquelle für diese Spektroskopiemethoden mehr und mehr durch. Wir
präsentieren einen pumpüberhöhten, einfachresonaten OPO im erfolgreichen Einsatz sowohl für die Cavity-Leak-Out als auch photoakustische
Spektroskopie. Die Nachweisgrenzen für z.B. Ethan liegen jeweils im
sub-ppb Bereich.
Q 44 Poster: Ultrakurzer Lichtimpulse
Isotopen-selektive Femtosekunden-Quantenkontrolle in der
Gasphase — •Patrick Niklaus, Tobias Brixner, Christian
Dietl, Gerhard Krampert und Gustav Gerber — Physikalisches
Institut, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg,
Germany
Adaptive Formung von Femtosekunden-Laserpulsen wurde bereits erfolgreich zur Steuerung bindungsselektiver Photodissoziation von Polyhaloalkanen (CH2 XY mit X,Y=Cl, Br,...) in der Gasphase eingesetzt [1].
Dabei wurden die Signale der Photoprodukte, die in einem Reflektron
time-of-flight Spektrometer nachgewiesen wurden, als Rückkopplung für
einen evolutionären Algorithmus verwendet, der iterativ die spektrale
Phase der Laserpulse an die gestellte Aufgabe anpasst. Mit Hilfe dieser
Technik erzielten wir nun auch eine Isotopen-selektive Photodissoziation
dieser Moleküle in der Gasphase. Dabei konnte das Verhältnis der Photoprodukte, die verschiedene Halogen-Isotope beinhalten, mit geformten
Pulsen im Vergleich zu Bandbreite-begrenzten verändert werden.
[1] N. H. Damrauer et al.: Control of bond-selective photochemistry in
CH2 ClBr using adaptive femtosecond pulse shaping, Eur. Phys. J. D 20,
71 (2002)
Micro-LIBS for Biological Applications using Femtosecond Laser Pulses — •Andreas Assion, Matthias Wollenhaupt, Lars
Haag, Fedor Maiorov, Marc Winter und Thomas Baumert —
Universität Kassel, Fachbereich Physik, Heinrich-Plettstr. 40, D-34123
Kassel
The objective of the work is to develop a micro-LIBS technique for in
situ trace elements analysis in biological samples with high spatial resolution. Since 30 years nanosecond laser induces breakdown spectroscopy
(LIBS) is known as an attractive spectrochemical technique for specific
element analysis. The advantages are: no sample preparation is needed, a
sample of any phase can be examined, remote measurements are possible,
spatial information can be obtained, rapid, simultaneous multi-element
analysis is possible. Moreover, from material processing investigations,
it is known that femtosecond lasers have effective ablation capabilities,
accompanied with minimal collateral damage. We combine femtosecond
laser techniques with LIBS. First experimental results demonstrate, that
with this method trace elements analysis in biological samples, with extremely high (< 100nm) spatial (longitudinal) resolution is possible. A
detailed comparison between fs and ns laser induced plasma shows that
for fs-LIBS the same sensitivity limit could be achieved as for the nsLIBS, even though the fs laser pulse energies are around 3 orders of
Raum: Lichthof
magnitude less.
Ultrakurzpuls-Ti:Saphir-Laser mit 100Hz Repetitionsrate
— •Roland Schneider, Horst Rottke, Horst Schönnagel
und Wolfgang Sandner — Max Born Institut, Max Born Str 2a,
12489 Berlin
Zur Photoionisation isolierter Teilchen und für die Erzeugung und Untersuchung von Plasmen werden häufig auf Titan-Saphir basierte Ultrakurzpulslaser verwendet. Es existieren bereits Lasersysteme mit Wiederholraten von 10Hz und mehreren Joule Ausgangsenergie, ausserdem
kHz-Systeme mit Pulsenergien im Bereich von 1–10mJ. Wir berichten
über den aktuellen Stand eines 100Hz-Systems mit bandbreitebegrenzten Pulsen auf dem Weg zu 100mJ pro Puls.
Die Verstärkung erfolgt in einem regenerativen Verstärker und einem Multipass-Verstärker. Für die zeitliche Dehnung der Pulse vor der
Verstärkung verwenden wir einen Aufbau nach Barty in einer inversen
Konfiguration. Die Repetitionsrate des Gesamtsystems wird vom Pumplaser festgelegt und ist bis zu einer Obergrenze von 100Hz frei wählbar.
Die in der derzeitigen Ausbaustufe erreichte Pulsenergie beträgt ∼ 8mJ
bei einer Pulsdauer von 48fs.
Die angestrebte Pulsenergie von ∼100mJ lässt sich durch einen
zusätzlichen Boosterverstärker erreichen.
Ultrashort pulse Ti:Sapphire laser system with a high and adjustable repetition rate — •Jana Hüve, Thorben Haarlammert,
Jörg Kutzner, Grigorios Tsilimis, and Helmut Zacharias
— Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität, 48149
Münster
Ti:Sapphire oscillator-amplifier systems are commonly used for the
generation of femtosecond pulses with high pulse energy. These systems are usually only suitable for repetition rates of no more than a few
kHz. However, for many experiments in the field of femtosecond spectroscopy, an extensive statistical approach is required. This naturally
involves a sufficient number of measurements, which are only obtainable
by a femtosecond laser system with a higher repetition rate.
We make use of a cavity dumping technique including a Bragg cell in
the oscillator. The amplifier is pumped by a frequency-doubled Nd:YAG
laser at repetition rates of up to 65 kHz with an average power of ≤80 W.
With this equipment, variable repetition rates of up to 40 kHz can be
obtained for the entire laser system. The system is currently under construction and is going to be characterised at different repetition rates.
Quantenoptik
Donnerstag
Generation of coherent VUV and XUV radiation with short
laser pulses — •C. Reinhardt, A. Rühl, B. N. Chichkov, and B.
Wellegehausen — Institut für Quantenoptik, Universität Hannover,
Welfengarten 1, D-30167 Hannover, Germany
Nonlinear optics with short laser pulses is a powerful method for the
generation of coherent radiation at short wavelengths. High conversion
efficiencies are possible if the phase matching problem can be solved,
which requires a careful balancing of the geometrical and dispersive mismatch from atoms and electrons [1]. We will present investigations on different processes like four wave difference frequency mixing and frequency
tripling of 400 fs KrF laser pulses and high-order harmonic generation
and parametric amplification with a 100 fs Ti:sapphire lasersystem. In
case of the third harmonic from the KrF 248 nm laser radiation a conversion efficiency of 1.5 percent and an output energy of 100 µJ has recently
been demonstrated [2].
[1] S. Meyer, B.N. Chichkov, B. Wellegehausen, A. Sanpera, Phys. Rev.
A 61 (2000) 63811
[2] C. Dölle, C. Reinhardt, P. Simon, B. Wellegehausen, Appl. Phys. B
75 (2002) 1
We have studied coherent excitation of two-photon transitions in
sodium (3s → 3p → 4d, 5s) induced by chirped ultrashort laser pulses,
observing interferences between different quantum paths leading to the
final state.
These interferences result in oscillations in the final state amplitude
with regard to the chirp rate. They were studied for positive (state 4d)
as well as for negative (state 5s) chirp of the femtosecond pulses. Thereby
the contrast of the oscillations in state 5s is much bigger than in state 4d,
due to the ratio of the dipole moments involved in the transition. The
influence of higher order chirp in the pulses was also studied experimentally and theoretically. It was found to cause much more complex shapes
of the excited state amplitude.
A possible application of these results is the use of chirped femtosecond
pulses in polychromatic artificial guide star projects, being developed for
improvement in adaptive optics. To test the feasibility of this application,
computer simulations were carried out.
Coherent excitation of two-photon transitions in sodium —
•Sabine Stock1,2 , Jerome Degert1 , Beatrice Chatel1 , and
Bertrand Girard1 — 1 Laboratoire Collisions Agregats Reactivité,
IRSAMC, Université Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 31062
Toulouse, France — 2 Laboratoire Kastler Brossel, ENS, 24 rue Lhomond,
75005 Paris, France
Q 45 Poster: Laserspektroskopie
Sättigungsverbreiterung in kohärenter Zwei-Photonen Anregung — •Torsten Rickes1 , Thomas Halfmann1 , Nikolay Vitanov2 und Klaas Bergmann1 — 1 Fachbereich Physik der Universität,
Universität Kaiserslautern, D-67663 Kaiserslautern — 2 Inst. of Solid
State Physics, Bulgarian Academy of Sciences, Tsarigradsko chaussee
72, 1784 Sofia, Bulgaria
Kohärente getriebene Medien zeigen häufig überraschende Eigenschaften auch im Hinblick auf vermeintlich einfache und wohlverstandene physikalische Prozesse. Wir zeigen, wie die Sättigungsverbreiterung im Spektrum eines atomaren Systems durch geeignete Wahl des Nachweisprozesses vollständig vermieden werden kann. Hierzu vergleichen wir Spektren
der laser-induzierte Fluoreszenz (LIF) und resonant überhöhter Mehrphotonenionisation (REMPI) über einen kohärent getriebenen ZweiPhotonen-Übergang in Xenon. Während die Linienbreite des Ionensignals die erwartete Verbreiterung mit zunehmender Laserintensität
aufweist, ist dieser Effekt der Sättigungsverbreiterung nicht bei dem
LIF-Nachweis im kohärent getriebenen Medium zu beobachten. Dieses unterschiedliche Verhalten der beiden Nachweismechanismen kann
durch den Effekt des Coherent Population Returns (CPR) erklärt werden. Das vorgestellte Experiment zeigt, dass Stärke und Auftreten der
Sättigungsverbreiterung in kohärent getriebenen Medien kritisch von der
Art des Nachweises abhängt.
Spektroskopische Untersuchung langreichweitiger Wechselwirkungen in K2 — •Kirsten Jaspers, Horst Knöckel und Eberhard Tiemann — Institut für Quantenoptik, Universität Hannover,
Welfengarten 1, 30167 Hannover
Mit molekülspektroskopischen Methoden können Wechselwirkungen
zweier kalter Atome untersucht werden. So wurde z.B. für Natrium die
s-Wellen-Streulänge für ultrakalte Atom-Atom-Stöße mit großer Genauigkeit bestimmt [1].
Unsere Untersuchungen am K2 beschäftigen sich mit der Dipol-DipolKopplung eines S- mit einem P-Atom. Da Kalium im natürlichen Gemisch in Form mehrerer Isotope vorkommt, könnnen wir damit einen
direkten Vergleich der resonanten (homonukleares) mit der verstimmten
(heteronukleares Molekül) Dipol-Dipol-Wechselwirkung anstellen. Dazu wird der A-Zustand über optische Doppelresonanz an einem Molekülstrahl bis an die Asymptote vermessen. Die benötigte Vorhersa-
Raum: Lichthof
ge der Niveaus wurde durch die Verknüpfung der Entstörananlyse des
A-b-Zustandssystems [2] mit weiteren spektroskopischen Daten erzielt.
Diese Ergebnisse sind Voraussetzung für die spektroskopische Beobachtung kalter Stöße in einem K2 -Molekülstrahl.
[1] C. Samuelis, E.Tiesinga, T.Laue, M. Elbs, H. Knöckel, E.Tiemann,
Phys. Rev. A 63, 0127710 (2001)
[2] Ch. Lisdat, O. Dulieu, H. Knöckel, E.Tiemann, Eur. Phys. J. D
17, 319 (2001)
Superadiabatic population inversion of a two-state system —
•Nikolay Vitanov1,2 , Leonid Yatsenko1,3 und Klaas Bergmann1
— 1 Fachbereich Physik der Universitaet, 67653 Kaiserslautern, Germany
— 2 Theoretical Physics Division, Department of Physics, Sofia University, James Boucher 5 blvd., 1126 Sofia, Bulgaria — 3 Institute of Physics, Ukrainian Academy of Sciences, prospect Nauki 46, Kiev-39, 03650,
Ukraine
We propose a novel scheme for coherent population inversion of a twostate system based on superadiabatic evolution. A smooth driving external pulsed field is supplemented by a harmonically amplitude-modulated
pulse, suitably offset in time with respect to the driving pulse. In the
modulation-free adiabatic basis, the modulated pulse introduces oscillating interaction between the adiabatic states. A second rotating-wave
approximation shows that this oscillating interaction induces a pair of
level crossings between the adiabatic states if the modulation frequency
is chosen appropriately. By suitably delaying the modulated pulse with
respect to the pump pulse, one can make the modulated pulse act only in the vicinity of one of these crossings. In a superadiabatic basis,
this crossing shows up as an avoided crossing between the energies of
the superadiabatic states. We derive analytically the conditions on the
interaction parameters for the state vector to follow one of the superadiabatic states. Then a robust and efficient superadiabatic population
transfer can be achieved between the adiabatic states, as well as between
the original bare states.
Quantenoptik
Donnerstag
Photoassoziationsspektroskopie an kalten und ultrakalten
Calcium-Atomen — •Carsten Degenhardt1 , Tomas Binnewies1 , Guido Wilpers1 , Uwe Sterr1 , Fritz Riehle1 , Christian
Lisdat2 und Eberhard Tiemann2 — 1 Physikalisch-Technische
Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig — 2 Institut für
Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Es werden Photoassoziationsexperimente an 40 Ca Atomen an der Resonanzlinie 1 S0 (4s4s) – 1 P1 (4s4p) vorgestellt, welche in einer magnetooptischen Falle auf Temperaturen von 3 mK bzw. 10 µK gekühlt wurden.
Aufgrund der fehlenden Hyperfeinstruktur lassen sich umfassende Vergleiche zwischen den experimentellen Ergebnissen und quantenmechanischen Simulationen der Spektren durchführen. Damit war es möglich, die
s-Wellen Streulänge für Calcium auf das Intervall von 50 a0 bis 300 a0
einzugrenzen, mit a0 als Bohrschem Radius.
In die gemessenen Linienstärken der Vibrationsniveaus gehen direkt
die Franck-Condon Faktoren für den Übergang vom Grundzustand in
den angeregten Zustand ein. Daher sollte durch den Einsatz von ultrakalten Ensembles, in denen reine s-Wellen Streuung vorliegt, ein Knoten in der Grundzustandswellenfunktion zu einer Modulation der Linienstärken führen. Aus der Lage der Minima dieser Modulation ließe sich
die Streulänge direkt ablesen.
Optische Manipulation langreichweitiger Wechselwirkungen in
einem Natrium-Molekülstrahl — •Christian Samuelis, Stephan Falke, Tanja Laue, Horst Knöckel und Eberhard Tiemann — Universität Hannover, Institut für Quantenoptik, gefördert im
SFB 407
Die Eigenschaften von Stößen zwischen zwei kalten Atomen werden
durch die Form der molekularen Wechselwirkungspotentiale, die zu der
Asymptote korrelieren, auf der der Stoss stattfindet, bestimmt. Durch eine Manipulation der asymptotischen Potentialform mittels magnetischer
oder optischer Felder werden daher auch die Eigenschaften kalter Stösse
beeinflusst. Es wird ein Natrium-Molekülstrahlexperiment zur Untersuchung einer optischen Dipolkopplung asymptotischer Niveaus des A1 Σ+
uZustands an Molekülzustände, die zur Asymptote 3s + 3d korrelieren,
vorgestellt. Die optische Kopplung induziert Linienverschiebungen und
-verbreiterungen der Vibrationsniveaus im A-Zustand. Eine quantitative Beschreibung der beobachteten Verschiebungen ist in einer CoupledChannel-Simulation möglich, die die optische Kopplung des A-Zustands
1
an den 41 Σ+
g -Zustand und den 2 Πg -Zustand der Asymptote 3s + 3d
berücksichtigt und das gekoppelte System im Dressed-State-Bild interpretiert. Darüber hinaus wird eine Experiment zur Untersuchung einer
optischen Kopplung zwischen asymptotischen Niveaus an der Natriumgrundzustandsasymptote und Niveaus des A-Zustands vorgestellt.
Experimental study of the Ca2 1 S+1 S Asymptote — •Olivier
Allard, Christian Samuelis, Asen Pashov, Horst Knöckel,
and Eberhard Tiemann — IQO, University of Hannover, Germany
Recently we reported on a high resolution Fourier transform spectroscopy which allowed us to accurately describe more than 99.8% of
the Ca2 X1 Σ+
g potential well [1]. For the description of the potential
energy curve (PEC) at long internuclear distances, information on high
vibrational levels was collected using the filtered laser excitation technique. The outer classical turning point of the last observed level is at 20
Å and lies only 0.20 cm−1 below the dissociation limit. For determining
the reliability of the PEC for the prediction of cold collision phenomena
it is of importance to estimate the uncertainty on the long range model
parameters. Analysis based solely on the experimental data set and involving a Monte Carlo simulation permited to determine the uncertainty
on the dissociation energy to 1069.868 ± 0.010 cm−1 , and on the van der
Waals coefficients C6 = 1.003±0.033·107 cm−1 Å6 . The scattering length
a is positive and varies within the interval 250a0 to 1000a0 showing that
a Bose-Einstein condensate of calcium would be stable [2].
[1] O.Allard et al., Phys. Rev. A, 66, 042503 (2002)
[2] O.Allard et al.,www.arxiv.org/abs/physics/0210029
Optical Measurement of the 2S Hyperfine Interval in
Atomic Hydrogen in a Near-to-Zero Magnetic Field —
•N. Kolachevsky1,2 , M. Fischer1 , S.G. Karshenboim1,3 ,
and T.W. Hänsch1,4 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Garching — 2 P.N. Lebedev Physics Institute, Moscow, Russia —
3
D.I. Mendeleev Institute for Metrology, St. Petersburg, Russia —
4
Ludwig-Maximilians-Universität München
We report on a preliminary result of a precision optical measurement
of the 2S hyperfine interval in atomic hydrogen. In a weak external magnetic field it is possible to derive this interval as a frequency difference
between two optical two-photon transitions excited between corresponding 1S and 2S hyperfine levels. The interval was found to be 177 556
846 (12) Hz which is the most precise measurement of this interval to
date. Pressure shift of this interval is presently under investigation. The
theoretical evaluation of the combination of 1S and 2S hyperfine intervals
theor
D21
= 49 953(3) Hz is in a good agreement with the D21 value deduced
from this measurement.
Long range interactions on the NaRb 3S+5S asymptote — Olga Docenko1 , Maris Tamanis1 , Ruvin Ferber1 , •Asen Pashov2 ,
Horst Knöckel2 und Eberhard Tiemann2 — 1 Department of Physics, University of Latvia, Riga LV-1586, Latvia — 2 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
The ground X1 Σ+ and a3 Σ+ electronic states in NaRb were studied
using high resolution fourier transform spectroscopy. Transitions in the
triplet manifold were observed with partially resolved hyperfine structure
by exciting the strongly mixed B1 Π−b3 Π−c3 Σ+ system. The analysis of
the long range potential energy curves related to the atomic 3S+5S asymptote provides important information for description of the interaction
between a Na and a Rb atom in their ground states at cold temperatures.
The present status of the investigation will be reported.
Optische D1 - und D2 -Spektren von Alkaliatomen in festem Helium — •Reinhard Müller-Siebert, Daniel Nettels, Simone
Ulzega und Antoine Weis — Département de Physique, Université
de Fribourg, Chemin du Musée 3, 1700 Fribourg, Schweiz
Wir haben optische Eigenschaften von Alkaliatomen in 4 He-Matrizen
untersucht. Der Einfluss des Heliumkristalls auf das implantierte Alkaliatom zeigt sich bei den optischen Übergängen einerseits durch eine
Verschiebung und andererseits durch eine starke Verbreiterung der Spektrallinien. Frühere Messungen des D1 -Übergangs von Cäsium zeigen im
Gegensatz zum freien Atom unterschiedliche Resonanzwellenlängen für
Anregung und Emission. Wir haben erstmalig die in festem Helium gemessenen Spektren des D2 -Übergangs von Cäsium beobachtet. Die Emission wurde bei drei rotverschobenen Wellenlängen beobachtet, was auf
ein Quenchen des 6P3/2 -Zustand schliessen lässt. Um diese Besonderheiten qualitativ und quantitativ zu verstehen, haben wir das sogenannte
Blasenmodell weiterentwickelt, in dem der Einfluss der Heliummatrix
mit Hilfe von Pseudo- und Polarisationspotenzialen berücksichtigt wird.
Damit lassen sich die Verschiebung und die Form der Cs-D1-Linie erklären. Weiterhin werden mögliche Erklärungen der Zerfallskanäle des
6P3/2 -Zustandes aufgezeigt.
Q 46 Poster: Laser in der Medizin
Kartierung der Dynamik des Herzmagnetfeldes mit einem
Zimmertemperatur-Magnetometer — •Robert Wynands,
Georg Bison und Antoine Weis — Département de Physique,
Université de Fribourg, Chemin du Musée 3, 1700 Fribourg, Schweiz
Von biologischen Organismen produzierte Magnetfelder enthalten
wertvolle Information über die zu Grunde liegenden physiologischen Pro-
Raum: Lichthof
zesse und ihre Pathologien. Momentan sind noch supraleitende Detektoren, gekühlt mit verflüssigten Edelgasen, zur Messung dieser sehr
schwachen Felder erforderlich. Wir haben ein empfindliches Lasermagnetometer entwickelt, welches auf optischem Pumpen von Cäsiumatomen
beruht und die zeitaufgelöste Kartierung des Magnetfeldes des menschlichen Herzens erlaubt. Ein Gradiometer aus zwei identischen Sensoren
reduziert den Einfluss externer Störfelder um mehrere Größenordnungen.
Quantenoptik
Donnerstag
Das Magnetometer arbeitet bei Zimmertemperatur und eröffnet damit
die Möglichkeit, biomagnetische Felder in Forschung und medizinischer
Diagnostik kostengünstig und bequem zu messen.
Q 47 Poster: Teilchenoptik
Beugung schwach gebundener Moleküle und Größeneffekte:
Die Rolle des schrägen Einfalls — G.C. Hegerfeldt, T. Köhler
und •M. Stoll — Institut für Theoretische Physik, Universität Göttingen, Bunsenstraße 9, 37073 Göttingen
Seit einigen Jahren wird die Physik der Teilchenbeugung an nanostrukturierten Transmissionsgittern systematisch untersucht. Präzise Experimente und deren theoretische Beschreibung erlaubten unserer Arbeitsgruppe die Bestimmung der van der Waals-Wechselwirkung zwischen der
Gitteroberfläche und verschiedenen Atomen [1]. Weiterhin konnte die
Größe (Paarabstand) des Helium-Dimers 4 He2 zu hri = 52±4Å bestimmt
werden. Es ist somit das größte zweiatomige Molekül im Grundzustand
[2].
Kürzlich wurde die Beugung des Helium-Trimers untersucht. Laut
theoretischer Vorhersagen besitzt 4 He3 neben dem Grundzustand (Paarabstand ≈10Å) auch einen etwa zehnfach größeren, sogenannten EfimovZustand. Zur Verringerung des o. g. van der Waals-Einflusses auf die
Genauigkeit der Größenbestimmung wurde im Experiment das Gitter
gegen den einlaufenden Strahl verdreht. Die Rolle dieses schrägen Ein”
falls“ wird diskutiert.
[1] R. E. Grisenti, W. Schöllkopf, J. P. Toennies, G. C. Hegerfeldt,
T. Köhler, PRL 83, 1755 (1999); R. Brühl, P. Fouquet, R. E. Grisenti,
J. P. Toennies, G. C. Hegerfeldt, T. Köhler, M. Stoll, C. Walter, Europhys. Lett. 59, 357 (2002)
[2] R. E. Grisenti, W. Schöllkopf, J. P. Toennies, G. C. Hegerfeldt,
T. Köhler, M. Stoll, PRL 85, 2284 (2000)
Sagnac-Interferometrie mit ultrakalten Atomen — •Christian
Jentsch, Tobias Müller, Simon Chelkowski, Ernst M. Rasel und Wolfgang Ertmer — Institut für Quantenoptik, Universität
Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Beeindruckende Sensitivitäten, z.B. bei der Messung von Beschleunigungen [1] oder Rotationen [2], haben Atominterferometer zu wichtigen Werkzeugen der fundamentalen Physik und Metrologie gemacht.
Das Projekt CASI (Cold Atom Sagnac Interferometer) zielt darauf ab,
Sagnac-Interferometrie höchster Auflösung zu verwirklichen. Die Verwendung kalter Atome, die mit optischen Raman-Übergängen kohärent
aufgeteilt und rekombiniert werden, erlaubt es, einen kompakten und
transportablen Sensor zu gestalten, der z.B. auf einem Satelliten verwendet werden könnte [3]. CASI soll mit zwei entgegengerichteten Quellen
für ultrakaltes Rubidium betrieben werden, um Rotationen von Beschleunigungen zu unterscheiden. Bei einer Geschwindigkeit der Atome
√ von
3 m/s ergibt sich so eine Auflösung von bis zu 2 × 10−9 rad/s/ Hz.
Wir präsentieren das Konzept unseres zukünftigen Interferometers sowie den aktuellen Stand der Realisierung unserer zweistufigen RubidiumQuellen. In ersten Messungen konnte dabei in unserer 2D-MOT ein Fluß
von 1 × 1010 Atomen/s demonstriert werden, der mit einem zusätzlichen
axialen Laserstrahl noch erhöht werden kann.
[1] A. Peters, K.Y. Chung, and S. Chu, Metrologia 38, 25 (2001).
[2] T.L. Gustavson, A. Landragin, and M.A. Kasevich, Class. Quantum Grav. 17, 2385 (2000).
[3] HYPER, Assessment study report, ESA-SCI(2000)10.
Zur geometrischen Phase in planaren magnetischen Wellenleitern — •Andreas Jacob und Carsten Henkel — Institut für Physik, Universität Potsdam
Raum: Lichthof
Wir betrachten eine planare Atomfalle über einem periodisch magnetisierten Substrat, wie von Hinds, Boshier und Hughes [1] vorgeschlagen. In dieser Falle können sich langsam bewegende weak-field seekers
gefangen werden, deren magnetisches Moment adiabatisch mit dem Magnetfeldvektor rotiert. Bei dieser Rotation sammelt die Wellenfunktion eine geometrische Phase auf. Wir zeigen, dass man mit Hilfe eines Mach-Zehnder-Interferometers auf diese Weise Magnetfeldgradienten
messen kann. Wir geben weiterhin eine exakte Lösung für die Bandstruktur eines Spin-1/2 Teilchens in der Fallenebene an. Diese liefert in
bestimmten Fällen selbst bei beliebig großen Impulsen den bekannten
Ausdruck für die geometrische Phase. Allerdings sind weak-field seekers
und strong-field seeker kinetisch gekoppelt, so dass ein stabiler Einfang
nur für genügend kleine Geschwindigkeiten möglich ist. Dieses Kriterium
ist identisch mit der Adiabatizitätsbedingung für Spintransport.
[1] Phys. Rev. Lett. 80, 645 (1998)
Chrom-Platin-Nanolegierungen mit Atomlithographie — •Dirk
Jürgens, Anja Habenicht, Alexander Greiner, Ralf Stützle
und Markus K. Oberthaler — Fachbereich Physik und OptikZentrum, Universität Konstanz, Fach M696, 78457 Konstanz
Wir berichten über den Status des Chrom-Atomlithographieexperiments
mit der Zielsetzung der Erzeugung nanostrukturierter Chrom-PlatinLegierungen. Für diese technologische Anwendung ist es notwendig,
unkontaminierte Nanostrukturen mit hohem Kontrast wachsen zu
können. Deshalb wurde ein UHV-System realisiert, das es erlaubt,
Proben zwischen der Chrom-Lithographie-Anlage und einer MBEApparatur zu transferieren. Zur Erzeugung der Chrom-Nanostrukturen
hohen Kontrasts wird die Methode der dissipativen Lichtmasken
angewandt, bei der eine blau-verstimmte stehende Lichtwelle hoher
Intensität zur Strukturierung eingesetzt wird.
Desweiteren berichten wir über experimentelle Ergebnisse zur Fokussierung in exakt-resonanten stehenden Lichtwellen.
Gefördert durch den SFB 513 der DFG.
Der Atomstift: Serielles Schreiben mit Atomen — •Mario
Mützel, M. Müller, U. Rasbach und D. Meschede —
Vorgestellt wird das Konzept des sogenannten Atomstiftes, d. h. Nanostrukturierung durch direktes, serielles und kontrolliertes Abscheiden
von Atomen auf einem Substrat.
Hierbei wird der Durchmesser eines thermischen Atomstahls durch eine Blende auf Größen bis hinunter zu 100 nm beschränkt und die Atome
auf ein direkt hinter der Blende befindliches Substrat aufgetragen. Beliebige 2D-Strukturen können durch ein Verschieben der Blende relativ zum
Substrat erzeugt werden, wobei die minimale Strukturbreite durch den
Blendendurchmesser bestimmt wird. Damit dieser serielle Schreibprozess in kurzen Zeiten stattfinden kann, ist es nötig, den Atomfluss durch
die Blende zu maximieren. Dazu wird ein thermischer Cs-Atomstrahl
zunächst durch eine optische Melasse transversal gekühlt und anschließend durch einen permanentmagnetischen 2D-Quadrupol geleitet. Dieser
erzeugt eine Brennlinie entlang des Atomstrahls und in Folge dessen eine
signifikante Erhöhung des Atomflusses (Faktor 10-200).
Wir präsentieren die ersten Strukturen, die mit dieser neuen Technologie erzeugt wurden.
Quantenoptik
Donnerstag
Q 48 Poster: Fallen und Kühlung
Raum: Lichthof
Towards an ultracold, dense gas of Rydberg atoms — •Simon
Fölling, Markus Reetz-Lamour, Kilian Singer, Michaela
Tscherneck, and Matthias Weidemüller — MPI für Kernphysik,
Heidelberg
In order to detect many-body effects caused by the strong dipole-dipole
interactions in dense Rydberg gases such as the dipole blockade [1], it is
crucial to reach high spatial densities. Particularly interesting is the
regime where the electron wavefunctions of the individual atoms start to
overlap.
We present our experimental setup designed to reach high densities
by simultaneously compressing and cooling a gas of 87 Rb-atoms. The
compression system is based on a zoomable hollow-beam dark trap using blue-detuned light. For cooling the compressed gas, degenerate Raman sideband cooling is employed [2]. The atoms in the high-density
cloud are excited to high Rydberg states using a two-step technique
5S1/2 → 5P3/2 → n` (n = 30. . . 150, ` = s, d) and detected by
Field ionization.
The present state of the experiment is presented.
[1] M.D. Lukin et al., Phys. Rev. Lett. 87, 037901 (2001)
[2] P. Treutlein et al., Phys. Rev. A 63, 051401R (2001)
Plasmabildung in ultrakalten Rydberg-Gasen — •Thomas Pohl,
Thomas Pattard und Jan-Michael Rost — MPI für Physik komplexer Systeme, Dresden
Photoanregung lasergekühlter gespeicherter atomarer Ensembles
ermöglicht die Präparation von ultrakalten hochangeregten RydbergGasen. Bei geeigneter Wahl der Parameter zeigt dieses System ein
interessantes Relaxationsverhalten, verbunden mit der Bildung eines
expandierenden ultrakalten Plasmas sowie teilweiser Rückentwicklung
des Plasmas in Rydbergatome im weiteren Verlauf der Expansion [1].
Wir werden ein Modell vorstellen, das eine weitreichende theoretische Beschreibung der experimentellen Befunde ermöglicht. Die Methode basiert auf einer kinetischen Beschreibung der Expansionsdynamik, welche neben dem Mean-Field-Potential der Plasma-Teilchen auch
Korrelations-Effekte zwischen den freien Ladungen berücksichtigt, sowie inelastische Prozesse mit Hilfe entsprechender Ratengleichungen einbezieht. Ein Vergleich mit früheren hydrodynamischen Modellen [2]
zeigt, dass Korrelations-Effekte den Relaxationsprozess des ultrakalten
Rydberg-Gases erheblich beeinflussen.
[1] M. Robinson et al., Phys. Rev. Lett. 85, 4466 (2000)
[2] F. Robicheaux and J. Hanson, Phys. Rev. Lett. 88, 055001 (2002)
Eine kombinierte Falle für Chrom und Rubidium Atome — •A.
Griesmaier, S. Hensler, J. Werner, P. O. Schmidt, A. Görlitz
und T. Pfau — Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart
Sympathetische Kühlung von 53 Cr Fermionen mit großem magnetischen Dipolmoment (6µB im Grundzustand) eröffnet den Zugang zu
Experimenten, bei denen die Physik des entartenen Ensembles durch
die lange Reichweite der Dipol-Dipol Wechselwirkung bestimmt wird.
Wir berichten über den Aufbau einer kombinierten Falle für Cr und Rb
Atome. An überlagerten Fallen von 87 Rb und dem leichter fangbaren
52
Cr Boson wurden erste Messungen der Stoßeigenschaften beider Spezies durchgeführt. Photoionisation des angeregten 2 P3/2 Zustandes von
87
Rb durch das Cr-Fallenlicht bei 426nm mit einem gemessenen Wirkungsquerschnitt von 1.1±0.3· 10−17 cm2 führt zu Verlusten von Rb
in der magneto-optischen Falle (MOT) und verhindert einen effizienten
überlagerten Betrieb beider MOTs. Um diese Verluste zu umgehen, wurden bei den Experimenten zunächst 4 · 107 52 Cr Atome kontinuierlich in
eine magnetische Falle geladen [1]. Anschließend wurden 3 · 106 87 Rb
Atome in einer der Magnetfalle für Chrom überlagerten MOT gefangen.
Dies ist aufgrund des großen magnetischen Moments von Cr möglich.
Erste Messungen der Stoßeigenschaften ergaben einen inelastischen
Streuquerschnitt von 8 · 10−14 cm2 für Stöße zwischen Cr im Grundzustand und teilweise angeregten Rubidium Atomen.
[1] J. Stuhler et al. Phys.Rev.A 64:031405 (2001)
A New Cooling Scheme for Indium Atoms — •Ruby dela
Torre, Vanessa Leung, Jiayu Wang, Dietmar Haubrich, Ulrich Rasbach, and Dieter Meschede — Institut für Angewandte
Physik, Universität Bonn, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn
We are investigating conditions for a two color laser cooling scheme of
an Indium atomic beam for atomic nanofabrication. Since there are no
closed transitions available from the indium ground state, we employ two
diode lasers at 410 nm (15 mW) and a frequency doubled TiSa laser at
451 nm (60 mW) with 3 sidebands generated by an AOM and an EOM.
We present our cooling scheme and systematic studies on optical pumping.
Doppler-Kühlung durch Reabsorption in einer optisch dichten
Wolke von magnetisch gefangenen Chrom-Atomen — •Jörg
Werner, Sven Hensler, Piet O. Schmidt, Axel Griesmaer,
Bernd Steinheil, Axel Görlitz und Tilman Pfau — 5. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart
Wir präsentieren eine allgemein anwendbare Technik, um eine polarisierte, magnetisch gefangene Wolke bis zur Dopplertemperatur abzukühlen und demonstrieren die experimentelle Realisierung mit Chrom.
Mit zirkular polarisiertem Licht erzeugen wir eine ein-dimensionale optische Melasse entlang der axialen Richtung der Falle und kühlen damit
den axialen Freiheitsgrad. Die transversale Kühlung entlang der radialen Richtung der Falle erfolgt aufgrund der Reabsorption von gestreuten
Photonen in der optisch dichten Wolke. Ein einfaches RatengleichungsModell stimmt quantitativ gut mit unseren Experimenten an einer Wolke aus kalten Chrom-Atomen überein [1]. Unsere Methode ermöglicht
es uns, eine kalte, dichte Atom-Wolke in einer Magnetfalle mit idealen
Startbedingungen für die Verdampfungskühlung zu präparieren. IoffePritchard magnetic
[1] P. O. Schmidt et al. Doppler cooling of an optically dense cloud of
trapped atoms. arXiv: quant-ph/0208129, 2002.
Photoionisation von Indium — •P. Eckle, Ch. Schwedes, J.
von Zanthier, A. Yu. Nevsky und H. Walther — Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str.1, 85748 Garching
Einen äußerst aussichtsreichen Kandidaten für einen optischen Frequenzstandard stellt ein einzelnes In+ Ion dar, das in einer RF-Falle gespeichert ist. Die bisher verwendete Methode der Ionisierung von Indium
durch Elektronenstoß soll durch eine zweistufige Photoionisation ersetzt
werden. Dazu werden zwei gitterstabilisierte Diodenlaser bei 410 und 448
nm aufgebaut. Mit dem ersten wird das Indiumatom vom Grundzustand
in den 6s 2 P1/2 Zustand angeregt, anschließend regt der zweite Laser das
Atom in einen hohen Rydbergzustand an. Der Übergang ins Kontinuum
erfolgt dann durch das Fallenfeld.
Diese Technik besitzt eine deutlich höhere Effizienz als das Elektronenstoßverfahren, wodurch die Bedampfung der Falle erheblich reduziert
werden kann. Außerdem wird die Bildung von Hintergrundladungen unterdrückt. Über die jüngsten Resultate wird berichtet.
Bose-Einstein condensation in magnetic micropotentials:
Towards Josephson coupling — •Thorsten Schumm1,2 ,
Christine Aussibal1 , Jerôme Esteve1 , Isabelle Bouchoule1 ,
Christoph Westbrook1 , and Alain Aspect1 — 1 Institut d‘Optique
Théorique et Appliquée, Université Paris Sud, Bat. 503, 91403 Orsay
— 2 Physikalisches Institut Heidelberg, Philosophenweg 12, 69120
Heidelberg
Magnetic potentials created by miniaturised current carrying wires on
surfaces (atom chips) have proven to be a powerful tool in recent experiments with Bose-Einstein condensates. High gradients and trap frequencies allow for fast evaporative cooling and significant simplification of the
experimental apparatus.
Our approach consists in a single chamber setup, 87 Rb atoms are loaded
from a pulsed source (dispenser) into a reflection MOT, transferred into
a U-MOT created by wires on the chip and finally into a magnetic Z-trap
which provides a Ioffe-Pritchard field configuration. Evaporative cooling
is applied in order to reach the BEC phase transition. Several parallel
Quantenoptik
Z-wires will allow for the creation of double well potentials with variable
coupling and adjustable barrier height. The poster presents the different
loading steps of the atom chip and the experimental status. Possible
parameter sets for the observation of Josephson oscillations will be discussed.
Optische Dipol-Falle für 87 Rb Kondensate — •Sebastian van
Staa, Jochen Kronjäger, Holger Schmaljohann, Michael Erhard, Kai Bongs und Klaus Sengstock — Institut für Laserphysik,
Jungiusstrasse 9, 20355 Hamburg
An unserer bestehenden BEC-Apparatur planen wir SpinWechselwirkungen in 87 Rb Bose-Einstein-Kondensaten in einer
weitverstimmten optischen Dipolfalle zu untersuchen.
Hier berichten wir über die technische Realisierung der Dipolfalle
und stellen charakteristische Eigenschaften wie Fokusgröße, Potentialtiefe und Streurate vor. Ferner sollen erste experimentelle Ergebnisse
dazu präsentiert und diskutiert werden.
Abschließend geben wir einen Überblick über die geplanten Untersuchungen zu Spin-Wechselwirkungen (Spinor-Kondensate).
Optisches Gitter in einem Hochfinesseresonator — •Boris Nagorny, Thilo Elsässer, Hendrik Richter und Andreas Hemmerich — Institut für Laserphysik, Jungiusstraße 9, 20355 Hamburg
Wir untersuchen das Verhalten von Atomen, die in einer Stehwellendipolfalle eines Hochfinesseringresonators (F=180000) gefangen sind. Nach
der Speicherung von ca. 4·106 Atomen bei einer anfänglichen Temperatur
von 123 µK kommt es zu einer Temperaturerniedrigung um ca. 20 µK.
Die Fallenlebensdauer beträgt 1,6 s. Wir erklären dies mit Hilfe eines Modells, welches den Zerfall der Falle und die durch Evaporation bedingte
Temperaturabnahme beschreibt.
Obwohl der Resonator aufgrund seiner hohen Finesse eine sehr schmale
Linienbreite besitzt, gelingt es die Frequenzfluktuationen des Lasers und
damit die Intensitätsschwankungen innerhalb des Resonators so gering
zu halten, daß die daraus resultierenden Heizeffekte für die Temperaturentwicklung der Atome in der Falle keine Rolle spielen[1].
[1] B. Nagorny et al. quant-ph/0212024
Interactions between two atomic species in an optical dipole
trap — •Matthias Staudt, Marcel Mudrich, Stephan Kraft,
Jörg Lange, Marc Eichhorn, Roland Wester, and Matthias
Weidemüller — Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69029 Heidelberg
Interactions between ultracold atoms in the electronic groundstate can
be studied under nearly ideal conditions in a quasi-electrostatic dipole
trap (QUEST) since resonant light is absent. In our experiments, cesium
and lithium atoms are stored separately or simultaneously in such a trap
formed by the focus of a 100 W CO2 -laser beam.
Elastic collisions between the two species in the lowest hyperfine state
lead to sympathetic cooling of lithium atoms in thermal contact with
an ensemble of colder cesium atoms [1]. If the atoms are stored in the
upper hyperfine level of the ground state, spin-changing collisions lead to
trap loss due to the release of internal energy. Here, we present detailed
studies of both homonuclear and heteronuclear inelastic processes. The
non-exponential decrease in density is well fitted by a simple model for
inelastic binary collisions taking into account relaxation heating. Inferred
rate coefficients are in good agreement with theoretical predictions.
Besides, comparative studies of homonuclear photoassociative spectroscopy are performed on the cesium sample in the QUEST and in a
magneto-optical trap.
[1] M. Mudrich et al., Phys. Rev. Lett. 88, 253001 (2002)
Efficiency of single atom detection in an optical cavity — •T.
Puppe, P. Maunz, I. Schuster, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe —
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching, Germany
High-finesse cavities offer distinctive advantages for observation of a
single atom: The presence of an single atom has been detected in about
10 microseconds [1], and even the motion of a single atom can be followed in real time [2]. Here we discuss the capability of such a detection
method from experimental traces. We consider an empty cavity which
is on resonance with a probe laser. The presence of an atom results in a
dramatic decrease of the transmission. Therefore it is possible to deduce
Donnerstag
the presence of an atom nearly without scattering photons from the atom
[3]. The efficiency of such an observation technique is analyzed in detail
for single atoms stored in a far-detuned intracavity dipole trap.
[1] H. Mabuchi et al., Appl. Phys. B 68, 1095 (1999); P. Münstermann
et al., Opt. Comm. 159 63 (1999).
[2] Horak et al. Phys. Rev. Lett. 88, 043601 (2002); C.J. Hood et al.,
Science 287, 1447 (2000); P.W.H. Pinkse et al., Nature 404, 365 (2000).
[3] P. Kwait et al., Phys. Rev. Lett. 74, 4763 (1995); M. Pavicic, Phys.
Lett. A223, 245 (1996); A. Karlsson et al., Phys. Rev. Lett. 80, 1198
(1998)
Microwave and optical Raman spectroscopy of single Cs atoms
— •Yevhen Miroshnychenko, Mkrtych Khudaverdyan, Stefan Kuhr, Wolfgang Alt, Dominik Schrader, Igor Dotsenko,
Wenjamin Rosenfeld, Victor Gomer, Arno Rauschenbeutel,
and Dieter Meschede — Institut fuer Angewandte Physik, Universitaet Bonn
We perform spectroscopy on single Cs atoms stored in a standing wave
dipole trap. Driving both microwave and optical Raman transitions between the atomic hyperfine levels allow us to study the properties of
internal and motional states of the trapped atoms. Efficient preparation
and detection of hyperfine states of single atoms form the basis of these
measurements.
Two photon optical Raman transitions coherently couple the two hyperfine ground states of the Cs atoms and allow us to observe Rabi oscillations and record a Zeeman spectrum. In addition we resolve vibrational
sidebands of single atoms oscillating in the potential wells of the standing
wave dipole trap. This is a necessary pre-requisite for Raman cooling and
will allow us to measure the temperature of the atoms after successful
cooling into the motional ground state of the trapping potential.
Microwaves allow for the immediate coupling of the atomic hyperfine levels by inducing magnetic dipole transitions. In addition to observing Rabi
oscillations we perform Ramsey spectroscopy and spin echo measurements to study the coherence properties of the trapped atoms, demonstrating that the ground state hyperfine levels of the trapped atoms are
suitable candidates for the storage of quantum information.
Sympathetic crystallization of ions in a linear Paul trap —
•Claus Lämmerzahl, Ertan Göklü, and Stephan Schiller —
Institut f. Experimentalphysik, Heinrich–Heine-Universität Düsseldorf
The results of numerical simulations of sympathetic crystallization of
heavy as well as light molecules in a Paul trap are presented. For the
sympathetic cooling of heavy ions, the actively cooled particles are singly
ionized Barium ions while the charge and the mass of the sympathetically
cooled species considered was chosen up to 60 e and 150 times the mass
of Ba. For the chosen trap parameters we find that sympathetic cooling
is possible when the charge is sufficiently high. In the case of sympathetic cooling of light ions we choose actively cooled Beryllium ions. In
this case the sympathetically cooled light singly ionized ions may be as
light as three atomic mass units.
Trapping atoms in the vacuum field of a cavity — •Christian
Schoen — Max-Planck-Institut fuer Quantenoptik, Hans-KopfermannStr. 1, D-85748 Garching
The aim of this work is to find ways to trap an atom in a cavity. In
contrast to other approaches we propose a method where the cavity is
basically in the vacuum state and the atom in the ground state. The
idea is to induce a spatial dependent AC Stark shift by irradiating the
atom with a weak laser field, so that the atom experiences a trapping
force. The main feature of our setup is that dissipation can be strongly
suppressed. We estimate the lifetime of the atom as well as the trapping potential parameters and compare our estimations with numerical
simulations.
Diodenlaser für die Spektroskopie einzelner Ca+ -Ionen —
•Martina Knoop, Caroline Champenois, Marie Houssin,
Gaëtan Hagel, Caroline Lisowski, Michel Vedel und Fernande Vedel — PIIM, Université de Provence - CNRS (UMR 6633),
Centre de St.Jérôme, Case C21, 13397 Marseille Cedex 20, Frankreich
Der elektrische Quadrupolübergang 4S1/2 -3D5/2 bei 729 nm eines einzelnen gespeicherten Ca+ -Ions ist ein interessanter Kandidat für die Rea-
Quantenoptik
Donnerstag
lisierung eines Frequenznormals im optischen Bereich. Zur besseren Lokalisierung einzelner Teilchen und zur Erhöhung ihrer Bewegungsfrequenzen benutzen wir eine Miniaturfalle vom Paul-Straubel-Typ mit einem
Innenradius von 0.7 mm [1]. Alle zur Anregung und Laserkühlung der
gespeicherten Ionen benötigten Wellenlaengen werden mit Diodenlasern
bereitgestellt, wobei insbesondere die Verwendung einer Breitstreifendiode bei 729nm den Aufbau einer modifizierten Littrow-cavity erforderte.
[1] C. Champenois, M. Knoop, M. Herbane, M. Houssin, T. Kaing, M.
Vedel, F. Vedel, Eur. Phys. Journal D 15, 105-111 (2001)
Q 49 Poster: Photonik
Herstellung dreidimensionaler Strukturen in SU-8 mittels
Multiphotonen-Polymerisation für die Nanophotonik — •M.
Deubel1 und M. Wegener1,2 — 1 Institut für Angewandte Physik,
Universität Karlsruhe (TH), Wolfgang-Gaede-Straße 1, 76131 Karlsruhe
— 2 Institut für Nanotechnologie, Forschungszentrum Karlsruhe in der
Helmholtz-Gemeinschaft, 76021 Karlsruhe
Mittels der so genannten holographischen Lithographie ist es im
Prinzip möglich, Photonische Kristalle zugehörig zu allen 14 BravaisGittern in drei Dimensionen herzustellen. Der weitere Charme dieses
Zugangs besteht darin, dass in einem nachfolgenden zweiten Belichtungsschritt Defekte und Wellenleiter durch stark fokussierte FemtosekundenLaserimpulse in drei Dimensionen geschrieben werden können. Hierbei ist
die Kompatibilität der Prozessschritte essentiell. Insbesondere muss derselbe Photolack benutzt werden. Hier stellen wir Ergebnisse im DickfilmPhotolack SU-8 vor. Bei Verwendung eines Ölimmersionsobjektivs mit
einer numerischen Apertur von 1.4 erreichen wir ca. 200 nm laterale
und 550 nm longitudinale Auflösung. Verschiedene Teststrukturen werden vorgestellt.
Excitonic semiconductor absorption in photonic crystals — •M.
Reichelt, R. Eichmann, B. Pasenow, T. Meier, T. Stroucken,
P. Thomas, and S.W. Koch — Department of Physics and Material
Sciences Center, Philipps University, Renthof 5, D-35032 Marburg, Germany
Absorption spectra of a semiconductor quantum well near a twodimensional photonic crystal are investigated numerically. It is shown
that the periodic dielectric structuring changes the local optical and
Coulomb interaction properties of semiconductor electron-hole excitations [1-3]. As a consequence, the exciton energy as well as the binding
energy vary in space. With spectrally narrow laser pulses one can selectively excite excitons in certain regions. For longer times their coherent
evolution is governd by wavepaket dynamics.
[1] S.W. Koch, T. Stroucken, R. Eichmann, M. Kira, and W. Hoyer,
Optics & Photonics News, Dec. 2002, 48.
[2] T. Stroucken, R. Eichmann, L. Banyai, and S.W. Koch, Journ. Opt.
Soc. Am. B 19, 2292 (2002).
[3] R. Eichmann, B. Pasenow, T. Meier, T. Stroucken, P. Thomas, and
S.W. Koch, Appl. Phys. Lett., accepted (scheduled January 20, 2003).
Reflection and Transmission from finite Photonic Crystal
structures — •Marcus Diem, Antonio Garcia-Martin, Suresh
Pereira, and Kurt Busch — Institut für Theorie der Kondensierten
Materie, Universität Karlsruhe, 76128 Karlsruhe
We have implemented a scattering matrix approach for calculation
of reflection and transmission properties of finite-sized Photonic Crystal
samples [1]. As compared to standard transfer matrix calculations, this
approach does not suffer from numerical instabilities that originate in the
evanescent behavior of higher-order Fourier modes along the direction of
the sample surface. As a consequence, this approach may be utilized to
interpret reflection and transmission measurements on Photonic Crystals
and allows a characterization of the quality of Photonic Crystals samples.
[1] D.M. Whittaker and I.S. Culshaw, Phys. Rev. B 60, 2610 (1999)
General Theory of Nonresonant Wave Interaction: Giant Soliton Shift in Photonic Band Gap Materials — •Lasha Tkeshelashvili, Suresh Pereira, and Kurt Busch — Institut für Theorie
der Kondensierten Materie, Universität Karlsruhe, 76128 Karlsruhe
The nonresonant interaction of nonlinear waves in one-dimensional
photonic band gap materials is investigated analytically and numerically
[1]. We derive highly accurate analytical formulae that determine the
Raum: Lichthof
phase-shift experienced by nonlinear waves during non-resonant interaction. The case of nonresonant interaction of Bragg and gap solitons is
considered in detail. We show that the phase shift of the interacting
solitons should be experimentally observable, and can be used as a probe
to determine the existence and the parameters of a gap soliton.
[1] L. Tkeshelashvili, S. Pereira, and K. Busch, submitted for publication
Defect structures in Photonic Crystals: a Solid State theoretical
approach — •Matthias Schillinger, Antonio Garcia-Martin,
Sergei F. Mingaleev, Daniel Hermann, Kurt Busch, and Peter
Wölfle — Institut für Theorie der Kondensierten Materie, Universität
Karlsruhe, 76128 Karlsruhe
We describ

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