Bose-Einstein-Kondensation von Cs in einer CO2-Laserfalle

Das Projekt hat die Realisierung eines Bose-Einstein-Kondensats von Cäsiumatomen zum Ziel. Ein solches Kondensat würde einen makroskopischen Quantenzustand von Materie darstellen, der einzigartige abstimmbare Eigenschaften aufweist. Unsere neue Methode, dieses Ziel zu erreichen, basiert auf ferninfrarotem, von leistungsstarken CO2-Lasern generiertem Licht. Diese optische Methode überwindet besondere bei Cäsium auftretende Verlustprozesse in magnetischen Fallen, die bisher die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats dieser interessanten Spezies mit konventionellen Methoden verhindert haben. Wegen seiner ungewöhnlichen quantenmechanischen Stoßeigenschaften, die auch zu einer abstimmbaren Wechselwirkungsstärke führen, würde ein Bose-Einstein-Kondensat von Cäsium erheblich unsere experimentellen Möglichkeiten und unser Verständnis von Quantenmaterie bei extrem tiefen Temperaturen erweitern. Die Zwischenziele des Projekts auf dem Wege zur Kondensation sind ebenfalls von erheblichem wissenschaftlichem Interesse: Die Realisierung einer CO2-Laserfalle für Atome in selektierbaren Spinzuständen, die Implementierung von Hochfrequenz-induzierter Verdampfungskühlung in einer solchen Falle sowie die Messung von Zwei- und Drei-Körper-Stößen für unterschiedliche Spinzustände werden wesentliche Resultate von großer Bedeutung für das Arbeitsgebiet liefern.

In dem Forschungsprojekt wurden wesentliche technologische Entwicklungen durchgeführt, um ein Bose-Einstein- Kondensat von Cäsiumatomen mit einer neuen optischen Methode, basierend auf leistungsstarken CO2-Lasern, in zukünftigen Experimenten zu erreichen. Ein solches, bisher nicht realisiertes Cäsium-Kondensat ist als makroskopischer Quantenzustand von Materie mit magnetisch abstimmbaren Eigenschaften von großem Interesse. Das Herzstück der neuen optischen Methode ist eine Lichtfalle im Kreuzungsbereich von zwei intensiven Laserstrahlen. Der störende Einfluss der Gravitation wird durch ein magnetisches Levitationsfeld überwunden, wobei die Schwerkraft auf die Atome durch eine magnetische Kraft exakt kompensiert wird. In einer solchen Falle sind besondere bei Cäsium auftretende Verlustprozesse völlig unterdrückt, die bisher in konventionellen Atomfallen eine Bose-Einstein-Kondensation dieser interessanten Spezies verhindert haben. Wegen der ungewöhnlichen quantenmechanischen Wechselwirkungs-eigenschaften wird ein Bose-Einstein-Kondensat von Cäsium erheblich unsere experimentellen Möglichkeiten und unser Verständnis von Quantenmaterie bei extrem tiefen Temperaturen erweitern. Die Zwischenschritte des Projekts auf dem Wege zur Bose-Einstein-Kondensation sind ebenfalls von erheblichem wissenschaftlichem Interesse: Die bereits erfolgte Realisierung einer CO2-Laserfalle für Atome in selektierbaren Spinzuständen und die Implementierung von Hochfrequenz-induzierter Verdampfungskühlung in einer solchen Falle werden auch in anderen Zusammenhängen von Bedeutung sein. Die Messung von Drei-Körper-Stößen unter eindeutigen experimentellen Bedingungen werden das Verständnis von quantenmechanischen Stoßprozessen bei extrem geringen Energien erheblich erweitern. Durch das Projekt konnte eine neue Lasertechnologie zur Beherrschung von ultrakalter Quantenmaterie mit ferninfrarotem Licht in Österreich erstmals implementiert werden. Dies fördert einerseits die Etablierung modernster Lasertechnologien im allgemeinen, andererseits wird dadurch auch die wissenschaftliche Grundlage modernster Quantentechnologien für die Zukunft geschaffen.