Heteronuclear Cold Atom Photoassociation Spectroscopy CAPAS

Wolken von Neutralatomen, die etwa eine Million Atome enthalten, können in sogenannten magneto-optischen Fallen mit Hilfe von Laserlicht gespeichert werden. Die Wechselwirkung zwischen dem Licht und den Atomen bewirkt einen Transfer des Photonenimpulses und letztendich eine Umwandlung der kinetischen Energie der Atome in Strahlungsenergie, wodurch die Wolke gefangener Atome auf eine Temperatur von etwa 200 Mikrokelvin abgekühlt wird. Daher haben sich begegnende Atome recht kleine Relativgeschwindigkeiten, und der langreichweitige Teil des Wechselwirkungspotentials wird für das Stoßverhalten maßgeblich. Das Wort "heteronuklear" im Titel bezieht sich auf die Tatsache, daß wir besonders an Zusammenstößen verschiedenartiger Atome (z.B. Natrium und Lithium) interessiert sind. Zunächst mußte eine Falle aufgebaut werden, die tatsächlich das Einfangen und Kühlen verschiedener Atomsorten erlaubt. Wir haben Natrium und Lithium ausgewählt, weil es sich dabei um die beiden leichtesten Alkali-Atome handelt, und weil beide benötigten Laserlicht-Wellenlängen (589 und 671 nm) mit den in unserer Gruppe zur Verfügung stehenden Farbstofflasersystemen erzeugt werden können. Die nötigen Alkali-Dämpfe werden im Ultra- Hochvakuum-Gefäß entweder durch Dispenser oder mit Hilfe von Öfen erzeugt. Die Laserstrahlen zum Kühlen und Fangen beider Elemente werden mit Hilfe dichroitischer Spiegel überlappt. Der optische Aufbau erlaubt eine einfache und unabhängige Justierung für beide Atomwolken, daher können sie sehr gut räumlich übereinander geschoben werden. Mit diesem experimentellen Aufbau wurden zunächst Querschnitte für die optische Ionisierung vom Na 3 2 P3/2 bzw. Li 2 2 P3/2 -Niveau gemessen, wobei als Lichtquelle die ultravioletten Linien eines Argon-Ionen-Lasers bzw. durchstimmbare Strahlung eines Farbstofflasers um 400 nm verwendet wurde. Die Hauptschwierigkeit bei diesen Experimenten lag in der zuverlässigen Messung der Intensität der UV-Strahlung am Ort der gefangenen Atome, wobei das Strahlprofil, die Gesamtleistung, die Absorption durch die Fenster der Vakuumkammer etc. berücksichtigt werden mußte. Eine diesbezügliche Arbeit ist im Druck. Im letzten Teil des Projekts wurde die Wechselwirkung zwischen gleichzeitig eingefangenen Wolken von Lithium- und Natrium-Atomen untersucht. Die Schwierigkeit lag hier im sehr kleinen Wechselwirkungsquerschnitt, sodaß wir den experimentellen Aufbau signifikant verbessern mußten, bevor eine Auswirkung der Anwesenheit gefangener Natrium-Atome auf die Ladekurve für Lithium-Atome nachweisen konnten. Die Wechselwirkungskonstante konnte zu 10-11 cm3 /s bestimmt werden, was eine Größenordnung unter dem korrespondierenden Wert für Rb-Cs liegt. Zudem wurden alle vorbereitenden Maßnahmen betreffend die Verwendung des experimentellen Aufbaus im nachfolgenden Projekt P 14645 getroffen.