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02.10.2015:
Neue Einblicke in die Struktur von besonderen Anionen

Laserspektroskopie an La zeigt Weg zur Erzeugung von ultrakalten negativen Ionen auf

Absorptionsspektrum von La bei einer Ionenstrahlenergie von 5 keV (oben). Sieben der neun Hyperfeinstruktur-Linien sind aufgelöst. Die untere Bildhälfte zeigt Signal (grün) und Untergrund (orange, blau, magenta).

Negativ geladene Teilchen spielen in vielen Forschungsgebieten eine wichtige Rolle, angefangen von der Plasma- und Atmosphärenphysik bis hin zur Astrophysik. Trotzdem ist es bis heute nicht möglich, sie bei ultrakalten Temperaturen zu untersuchen. Das liegt daran, dass die wichtigste Technik zum Kühlen von Teilchen-Ensembles, das Laserkühlen, bislang auf negativ geladene Systeme nicht anwendbar ist. Einige wenige atomare Anionen, also Atome mit einem zusätzlichen Elektron, besitzen prinzipiell zum Laserkühlen geeignete angeregte Zustände. Die Forschungsgruppe um Alban Kellerbauer am MPIK beschäftigt sich seit 2012 mit dem Anion von Lanthan, einem von derzeit nur drei bekannten negativen Ionen mit entsprechenden Eigenschaften. In einer soeben erschienenen Arbeit konnten sie zeigen, dass der theoretisch vorhergesagte Übergang existiert und die zum Laserkühlen erforderlichen Voraussetzungen erfüllt. Mit Hilfe von Hochpräzisions-Laserspektroskopie konnten die Frequenzunterschiede aufgelöst werden, die aus der Wechselwirkung der Elektronenhülle mit dem Eigendrehimpuls des Atomkerns (Hyperfeinstruktur) resultieren. Aus den beobachteten Spektren ergibt sich, dass La mit lediglich drei in der Frequenz leicht gegeneinander verstimmten Laserstrahlen gekühlt werden kann. Mittelfristig soll die neue Technik genutzt werden, um kälteren Antiwasserstoff für Präzisions-Experimente mit Antimaterie am CERN herzustellen.

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Originalpublikation:
High-Resolution Spectroscopy on the Laser-Cooling Candidate La
E. Jordan, G. Cerchiari, S. Fritzsche and A. Kellerbauer, Phys. Rev. Lett. 115 (2015) 113001,  http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.113001

Kontakt:
Dr. Alban Kellerbauer
Tel: 06221 516138
E-Mail:  Alban.Kellerbauer(at)mpi-hd.mpg.de

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