Posted: June 30, 2009

Ein Teilchen in der Falle

(Nanowerk News) Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Untersuchung grundlegender Quanteneffekte ist Forschern der UniversitĂ€t Erlangen-NĂŒrnberg und des Erlanger Max-Planck-Instituts fĂŒr die Physik des Lichts gelungen. Die Physiker um Prof. Dr. Gerd Leuchs, Lehrstuhl fĂŒr Experimentalphysik (Optik) der UniversitĂ€t, haben in Zusammenarbeit mit dem National Institute of Standards and Technology in Boulder, USA, eine neuartige Ionenfalle gebaut, die ein wichtiges Werkzeug fĂŒr die Kopplung von Lichtteilchen und Atomen darstellt - eine der Voraussetzungen fĂŒr den Aufbau von Quantennetzen.
Ihre Forschungsergebnisse haben die Wissenschaftler in der Online-Ausgabe des Magazins Nature Physics vom 28. Juni 2009 veröffentlicht.
Nur 12 mal 12 Millimeter groß ist der TrĂ€ger auf dem drei winzige Ionenfallen in einer Reihe montiert sind. Das kleine Bild links oben zeigt zwei Ionen, die in einer der drei Fallen gefangen sind und mit einer hochempfindlichen Digitalkamera aufgenommen wurden
Nur 12 mal 12 Millimeter groß ist der TrĂ€ger auf dem drei winzige Ionenfallen in einer Reihe montiert sind. Das kleine Bild links oben zeigt zwei Ionen, die in einer der drei Fallen gefangen sind und mit einer hochempfindlichen Digitalkamera aufgenommen wurden. (Fotos: Lehrstuhl fĂŒr Experimentalphysik (Optik)
Ionenfallen erlauben es, einzelne geladene Atome einzufangen und diese ĂŒber einen lĂ€ngeren Zeitraum festzuhalten. Wissenschaftler können die so fixierten Teilchen mit Hilfe schwacher Laserstrahlen auf ihre physikalischen Eigenschaften untersuchen oder auch den Einfluss der Umwelt auf das Ion erforschen. Die Ionenfalle ermöglicht es, einzelne Teilchen als besonders empfindliche PrĂŒfspitze fĂŒr Licht und andere elektromagnetische Felder einzusetzen.
Freie Sicht nach allen Seiten
Die meisten bisher konstruierten Fallen schrĂ€nken den Zugriff auf das Ion allerdings stark ein oder umgeben es nahezu vollstĂ€ndig. Den Forschern in Erlangen und Boulder ist es gelungen, die Geometrie der Fallenelektroden so abzuwandeln, das das gefangene Teilchen fast "freie Sicht" nach allen Seiten hat. Nun schwebt das geladene Atom wie ĂŒber einer Nadelspitze und kann nahezu von allen Seiten - etwa 96 Prozent des Raums - untersucht werden. Durch die schlanke Form der Falle kann das Ion, Ă€hnlich wie ein Tastkopf, an OberflĂ€chen herangefĂŒhrt werden. So lassen sich extrem kleine elektromagnetische KrĂ€fte messen, die bis zu einer Quadrillion mal kleiner als die Erdanziehung sind.
In Erlangen soll mit der Falle ein Ion im Zentrum eines Parabolspiegels von der GrĂ¶ĂŸe einer GeldmĂŒnze platziert werden. So wollen die Forscher etwas schaffen, was im Allgemeinen erst nach vielen AnlĂ€ufen gelingt: Das geladene Atom soll in einem kontrollierten Prozess ein einzelnes Lichtteilchen aufnehmen - und das schon beim ersten Versuch. Das Ion speichert dabei auch die Informationen, die das Lichtteilchen trĂ€gt.
Dieser Vorgang gilt als eine der Grundlagen der modernen Quantenoptik. Er konnte bislang von der Forschung im Detail aber noch nicht experimentell untersucht werden. Außerdem ist eine Lichtteilchen-Atom-Kopplung ein wichtiger Baustein fĂŒr die Realisierung von Quantennetzwerken, einer Art Internet fĂŒr eine vom Prinzip her absolut sichere Übertragung klassischer Daten und zukĂŒnftig auch fĂŒr die Übertragung von Quanteninformation.
Die UniversitĂ€t Erlangen-NĂŒrnberg, gegrĂŒndet 1743, ist mit 26.000 Studierenden, 550 Professorinnen und Professoren sowie 2000 wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die grĂ¶ĂŸte UniversitĂ€t in Nordbayern. Schwerpunkte in Forschung und Lehre liegen an den Schnittstellen von Naturwissenschaften, Technik und Medizin in engem Dialog mit Jura und Theologie sowie den Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Seit Mai 2008 trĂ€gt die UniversitĂ€t das Siegel "familiengerechte Hochschule".
Source: UniversitĂ€t Erlangen-NĂŒrnberg
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