Kühlen und Fangen von Rubidiumatomen in einer magneto-optischen Falle

Betrachtet man die Themen der aktuellen Grundlagenforschung so erkennt man, dass ein besonderer Fokus auf Präzisionsmessungen mit ultra-kalten Atomen gerichtet ist. Zu diesen Experimenten zählen zum Beispiel die Untersuchung von kalten Stößen, die Realisierung von Atomuhren sowie die Quanteninformationsverarbeitung und die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats, für die Cornell, Ketterle und Wieman den Nobelpreis für Physik 2001 erhielten.

Das Kühlen bzw. Vorkühlen dieser Atome erfolgt dabei stets durch den Einsatz von Laserlicht. Eine spezielle Art zum Kühlen und Fangen von neutralen Atomen ist die magneto-optische Falle (magneto-optical trap, MOT). Hierfür erhielten Chu, Cohen-Tannoudji und Phillips 1997 den Nobelpreis. In diesem Praktikumsversuch soll eine MOT erzeugt und 85Rb gefangen werden. Ziel ist die Temperaturmessung der Atome in der MOT mit optischen Methoden.

Die Falle besteht, wie ihr Name schon sagt, aus zwei wesentlichen Komponenten:

• die Magnetische besteht aus einem Quadrupolfeld,
• die Optische besteht aus Laserlicht sehr genau definierter Frequenz, welches durch zwei Diodenlaser erzeugt wird.
• Da die Wellenlänge des Lichts auf wenige Pikometer genau stabil gehalten werden muss, ist die Stabilisierung der Laser eine wesentliche Voraussetzung zur Erzeugung einer MOT. Daher teilt sich dieser Versuch in zwei Teile:
• Im ersten Teil soll auf die beiden Diodenlaser sowie deren Stabilisierungen eingegangen werden. Im Versuch werden zwei verschiedene Arten der Stabilisierung eingesetzt, die es einzustellen und zu vermessen gilt.
• Im zweiten Teil des Versuchs wird eine MOT erzeugt und vermessen. Dabei sollen Daten zur Bestimmung der Laderate der Falle und die Temperatur der gefangenen Atome ermittelt werden.