TIAMO - Trapping Ions in Atoms and Molecules Optically

    Wie laufen chemische Reaktionen bei niedrigsten Temperaturen ab? Aus klassischer Sicht werden die Reaktionspartner mit abnehmender Temperatur immer langsamer, bis jedwede Dynamik zum Erliegen kommt. Tatsächlich aber folgt die Chemie bei ultra-kalten Temperaturen, also im Regime, in dem Quanteneffekte dominieren, völlig andersartigen Regeln. Zum einen können Reaktionspartner nicht mehr als kollidierende Kugeln beschrieben werden, sondern vielmehr als Wellenpakete, die sich durch Interferenz überhöhen oder sogar aufheben können. Andererseits müssen Energiebarrieren nicht mehr niedriger sein als die kleinste zur Verfügung stehende kinetische Energie, sondern können effizient durchtunnelt werden.

Ein vielversprechendes System um solche Quanteneffekte zu untersuchen besteht aus lasergekühlten Atomen und Ionen. Bisher mussten diese jedoch in zwei prinzipiell unterschiedlichen Fallen räumlich überlagert werden. Dadurch treten fundamentale Heizprozesse zwischen den unterschiedlich gefangenen Teilchen auf, die bisher das Erreichen des Quantenregimes verhindert haben und auch künftig für nahezu alle Atom-Ionen Kombinationen unüberwindlich bleiben werden. Unser Ansatz ist die Realisierung einer gemeinsamen Dipolfalle sowohl für Atome als auch Ionen, bei welchem die erwähnten Heizeffekte umgangen werden, wodurch schießlich die Untersuchung ultra-kalter Kollisionen zwischen Atomen und Ionen ermöglicht werden soll.

Abb.: Schematische Darstellung des Aufbaus zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Ionen und Atomen. Beide Spezies werden in einer Überlagerung von zwei optischen Dipolfallen gefangen.