Unsere Forschung

Unsere Forschung dreht sich um zwei große Experimente:

Moleküle haben eine komplexere Struktur und zeigen interessantere Wechselwirkungen als einzelne Atome. In unserem Experiment kühlen wir zunächst Atome als Gaswolken bis ins ultrakalte Regime [µK - nK], um sie anschließend zu vielen tausend Molekülen zu verbinden. Ihre Eigenschaften eignen sich ideal zur Erforschung von Vielteilchen-Quantensystemen und zum Erzielen neuer grundlegender Erkenntnisse in der kondensierten Materie oder im Feld der Quantencomputer. Die Kombination von Rubidium und Ytterbium ist in diesem Fall besonders attraktiv, weil ihre Moleküle ein großes elektrisches sowie ein magnetisches Dipolmoment haben. Durch diese Parameter können die Wechselwirkungen in unseren Quantensystemen gesteuert werden.

Das langfristige Ziel der AG Görlitz an diesem Experiment ist die Produktion von RbYb-Molekülen im Grundzustand in einem dreidimensionalen Gitter aus Licht.

In unserem Experiment arbeiten wir an der Erforschung grundlegender Eigenschaften von Ytterbium Rydberg Atomen unter der Verwendung von verschiedenen Lasersystemen.
Das Kühlen und Fangen der Atome in einer Vakuumkammer bildet die Grundlage für unsere Messungen.

Befindet sich ein äußeres Elektron eines Atoms in einem sehr hoch angeregten Zustand mit Quantenzahlen n in Bereichen über 20, steigt der Abstand zum Kern.
Die Größe des Atoms kann dabei das 10000-fache des Grundzustand-Atoms erreichen.
Wegen der Abschirmung der Kernladung durch die verbleibenden Elektronen, erhält man ein Konstrukt, vergleichbar mit dem Wasserstoff-Atom, das sogenannte Rydberg-Atom.
Alle Elektronen, bis auf das äußerste, bilden zusammen mit dem Atomkern für das weit entfernte Valenzelektron einen atomaren Kern endlicher Ausdehnung. Die daraus resultierende Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Kern ist die einzige Abweichung zur Theorie von Wasserstoff, beschrieben durch den Quantendefekt.
Aufgrund des großen elektrischen Dipolmoments, resultierend aus der großen Entfernung vom einfach negativ geladenen Elektron und einem einfach positiven Kern, sind Rydberg Atome besonders empfindlich auf elektrische Felder und dadurch äußerst interessant. Durch ihre langreichweitige Wechselwirkung und die deutlich längeren Lebensdauern (µs-Regime und höher) können Effekte wie die Dipolblockade beobachtet werden.

Die Untersuchung verschiedener Wechselwirkungen der Ytterbium Rydberg Atome in einem optischen Gitter ist das langfristige Ziel dieses Experiments.