Laserkühlung und Dynamik Nanofaser-gekoppelter Atome

Unlängst wurde in der Arbeitsgruppe von Prof. Arno Rauschenbeutel am Atominstitut in Wien ein neuer experimenteller Ansatz demonstriert, um lasergekühlte Atome zu fangen und mit einer optischen Schnittstelle zu versehen. Das Schema verwendet ein zweifarbiges evaneszentes Feld um eine optische Nanofaser, um die Atome in einem eindimensionalen optischen Gitter oder in einem eindimensionalen Materie-Wellenleiter etwa 200 nm oberhalb der Faseroberfläche zu lokalisieren. Gleichzeitig können die Atome effizient mit Licht abgefragt werden, welches durch die Nanofaser geschickt wird. In diesem Zusammenhang ist es das Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts, eine konsistente theoretische Grundlage zur Beschreibung der Laserkühlung Nanofaser-gekoppelter Atome zu erstellen und mögliche Anwendungen der resultierenden linearen und nichtlinearen Dynamik für die Grundlagenforschung und für den Einsatz als Quantentechnologie herauszuarbeiten. Diese Beschreibung wird einerseits in Zusammenarbeit mit der Gruppe Rauschenbeutel ermöglichen, fortgeschrittene Experimente mit Nanofaser-gekoppelten Atomen zu planen, durchzuführen und deren Ergebnisse quantitativ zu interpretieren. Anderseits erwarten wir von der theoretischen Untersuchung dieses neuartigen Systems auch neue Einblicke und Erkenntnisse betreffend der Wechselwirkung von Atomen mit Licht in reduzierten Dimensionen, welche auch als eigenständige theoretisch Ergebnisse Bestand haben und von internationalem Interesse sind.

Einige Tausende Atome, Laserstrahlung mäßiger Intensität können wir etwas Neues davon lernen? Die Antwort lautet: ja. Unsere theoretischen Forschungsergebnisse zeigen, dass die Wechselwirkung zwischen Atomen inder Nähe voneindimensionalen Strukturen (Photonenleiter) um viele Größenordnung verstärkt werden kann. Die Ursache liegt in der Modifizierung des elektromagnetischen Vakuums durch diese Strukturen. Das verändert seinerseits die Lichtausbreitung im atomaren Medium. Mögliche Anwendungen liegen in der Erforschung fundamentaler Fragen derstatististischen Physik, zum Beispiel von nichtkonventionellen thermodynamischen Eigenschaften nichtadditiver Systeme, oder in der Bearbeitung von Quanteninformation.