Rydbergatome auf Heliumtröpfchen

Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung und Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen einem kalten Heliumnanotröpfchen und einem Atom an seiner Oberfläche von kurzen Abständen bis zu langen Reichweiten. Die Atom-Helium Oberflächenwechselwirkung ist vom Quantenzustand des Atoms abhängig. Bei Anregung in niedrigenergetische Zustände gibt es eine starke Kopplung des Atoms mit den Heliumatomen und ihren Oberflächenanregungen, den Ripplonen. Es handelt sich um den Bereich starker Korrelationen. Bei Anregung in hochenergetische Zustände werden die Elektronenorbitale größer. Die Wahrscheinlichkeit für einen Aufenthalt des angeregten Elektrons nahe der Heliumoberfläche ist reduziert, und die Korrelationen sinken, während der Elektronenzustand detaillierter vermessen werden kann. Ein sukzessives Anregen des Atoms von niedrigen zu höheren Orbitalen bis hinauf zur Ionisationsgrenze erlaubt ein "Durchstimmen" der Kopplungsstärke. Elektronische Anregung und spektroskopische Untersuchungen mithilfe laserinduzierter Fluoreszenz sowie Strahl- Entvölkerungsmethoden werden zunächst an Alkaliatomen vorgenommen, die an der Oberfläche von Heliumtröpfchen angelagert sind. Wir werden den Einfluss der Tröpfchenoberfläche auf die Eigenschaften hochangeregter Akalizustände untersuchen und feststellen, in welchem Maße Skalierungsgesetze von Rydbergzuständen, speziell in der Nähe zur Ionisationsschwelle, erhalten bleiben. Konstellationen, in denen ein hochangeregtes Elektron einen Rumpf aus einem Heliumtröpfchen mit einem positiven Ion im Zentrum umgibt, sind theoretisch vorausgesagt worden. Wir hoffen, solch ein Quasi-Atomsystem herstellen zu können und seine elektronischen Zustände zu analysieren. Die Position der Fremdatome, sei es im Innern des Heliumtröpfchens oder an seiner Oberfläche, wird eine wichtige Rolle für die Anregungseigenschaften spielen. Aus diesem Grund werden wir die Erdalkalimetalle in unsere Untersuchungen einbeziehen, von denen bekannt ist, dass die leichten Elemente im Innern und die schweren an der Oberfläche zu finden sind. Längerfristige Untersuchungen werden sich den langreichweitigen Wechselwirkungen zwischen einem Rydbergatom und einem Heliumtröpfchen zuwenden. Vergangenen Beobachtungen zufolge gibt es einige Fremdatome, die sich nahe der Oberfläche mit dem Heliumclusterstrahl mitbewegen, ohne eine direkte Bindung einzugehen. Bei Rydberganregung solcher freien Atome wird die große Polarisierbarkeit beider "Objekte" - Rydbergatom und Tröpfchen - zu interessanten Modifikationen der Zustände und Übergänge führen. Langreichweitige Störungen der Quantenzustände eines Atoms durch ein Nano-Objekt können auf diese Weise studiert werden. Eventuell lässt sich auch eine Art Photoassoziation eines einzelnen Atoms an das Tröpfchen bewerkstelligen.