Ioner i rampelyset

Resultaterne af en forskningsgruppe fra Institut for Fysik ved Freiburg Universitet har fået en særlig plads i Natur fotonik . En ledsagende artikel "Nyheder og visninger" i den trykte version af videnskabstidsskriftet fremhæver teamets arbejde ledet af Alexander Lambrecht, Julian Schmidt, Dr. Leon Karpa og prof. Dr. Tobias Schätz. I deres artikel "Lang levetid og effektiv isolering af ioner i optiske og elektrostatiske fælder, "arbejdsgruppen beskriver den metode, de brugte til at forhindre den tidligere uundgåelige drevne bevægelse af fangede ladede atomer.

Forsøget begynder med at fange individuelle Barium -ioner i en quadrupol -ionfælde, kendt som en Paul -fælde. En quadrupol ionfælde kan lagre ladede partikler i flere dage ved hjælp af skiftevis elektriske felter. Dette resulterer imidlertid i, at ion konstant hvirvler i mikroskopisk skala og udfører en tvungen drevet bevægelse. Dette fører ofte til uønskede bivirkninger. For eksempel, i aktuelle forsøg med ultrakølede atomer, ionerne opvarmer badet med neutrale atomer - hvilket faktisk er langt køligere - som en elpatron, i stedet for at blive afkølet. Dette får temperaturen til at stige med en faktor 10, 000. Selvom dette stadig er knap en tusindel grad Celsius over det absolutte nul, det fører allerede til varmedød for følsomme kvanteeffekter.

Det er her, den metode, som gruppen har udviklet til sine mål siden 2010, kommer ind:optisk indfangning af ladede atomer. En ekstremt lys laser bruges til at fange ion i sin stråle uden at tvinge yderligere bevægelse. For et par år siden var det kun muligt at optisk fange ioner i et par millisekunder. Takket være Freiburg -fysikernes arbejde, det er nu muligt at fange ladede atomer for lignende tidsskalaer som neutrale atomer i sammenlignelige optiske fælder - en levetid på flere sekunder er flere gange længere end det er nødvendigt for forsøg. Ud over, forskerne har vist, at de også kan isolere ionerne tilstrækkeligt fra den resterende omverden. Teamet håber nu at bruge denne metode til at opnå 10, 000 gange lavere temperaturer og observer ultrakølede kemiske processer, hvor kvanteeffekter vil dominere partiklernes interaktion.