Experimente mit einem Quantengas ultrakalter, tiefgebundener Rb2-Moleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Hecker Denschlag
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 184997140

Nachdem es meiner Gruppe im Jahr 2008 gelungen ist, ein ultrakaltes Quantengas von Rb2-Triplett-Molekülen im Rovibrations-Grundzustand herzustellen [Lan08b], ist es nun zum ersten Mal möglich, Experimente mit solch einem ultrakalten, molekularen Gas durchzuführen. Unser Ziel ist es, zunächst die Eigenschaften der ultrakalten Moleküle zu studieren und sie dann, ähnlich wie die ultrakalten Atome, auf dem Quantenniveau zu kontrollieren. Ausgehend von ultrakalten Rb2-Molekülen und Rb-Atomen untersuchen wir als erstes kalte Stöße und Reaktionen zwischen den Teilchen. Dazu werden die Rb2-Moleküle zunächst in spezifischen Quantenzuständen im niedrigsten Spin-Triplett-Potential präpariert und in einer optischen Dipolfalle gehalten. Eine kalte Kollision zwischen zwei Molekülen ist ein fundamentales, aber nichttriviales Mehrkörperproblem, das noch viele Fragen aufwirft. Wir identifizieren und untersuchen quantitativ die Reaktionskanäle, deren Anzahl durch Ausfrieren i.A. extrem reduziert ist. Weiterhin suchen wir nach Streuresonanzen, die wir zur Kontrolle der Wechselwirkung zwischen den Teilchen einsetzen möchten. Diese Kontrolle sollte uns dann erlauben, erstmalig Bose-Einstein-Kondensate (BEC) tiefgebundener Moleküle herzustellen. Ferner möchten wir neuartige, chemische Reaktionen zwischen den Molekülen in einem Regime „ohne Entropie“ durchführen, wo Kohärenzen und Adiabatizität den Prozessvorgang bestimmen. Konkret wollen wir exotische Trimer- oder Tetramer-Verbindungen bilden, deren Eigenschaften (z.B. Lebensdauer) wiederum zu untersuchen sind. Ferner entwickeln wir vorhandene atomoptische Methoden weiter, um sie auf Moleküle auszudehnen, und damit das Feld der ultrakalten Quantengase weiter zu öffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: ultrastabiler Infrarot-Laser mit hoher Leistung
• Gerätegruppe: 5730 Spezielle Laser und -Stabilisierungsgeräte (Frequenz, Mode)