Precision spectroscopy of highly excited states in hydrogen atom
Final Report Abstract
Im Zuge dieses Projektes wurde eine neue experimentelle Methode zur Vermessung von Übergängen zwischen dem meta-stabilen 2S Zustand und höher liegenden nP Zuständen in atomarem Wasserstoff entwickelt. Um die Unsicherheit aufgrund der Doppler-Verschiebung zu kontrollieren wurde ein aktiver faser-basierter Retroreflektor entwickelt und experimentell charakterisiert. Die Verwendung dieses Retroreflektors reduziert die Doppler-Verschiebung in unserem Experiment von mehr als 616 MHz auf weniger als 2 kHz. Unter Verwendung eines eigens entwickelten Detektors wurden Linienverschiebungen aufgrund von Quanteninterferenz-Effekten studiert und die Absolut-Frequenzen zu den Feinstrukturkomponenten 2S-4P1/2 und 2S-4P3/2 als Funktion der Orientierung der linearen Polarisationsrichtung des Anregungslichtes vermessen. Numerische Simulationen der Anregungsdynamik liefern ein tiefes Verständnis der involvierten Effekte, welche sich in einer geschickten Mittelung der experimentellen Daten gegenseitig aufheben. Hierdurch wurde die Ziel-Unsicherheit von 2 kHz für die Übergangsfrequenz zum 4P Hyperfeinzentroid erreicht und vorläufige Werte für die Rydberg-Konstante und den Proton-Ladungsradius bestimmt. Die Genauigkeit unseres neuen Resultats entspricht der des Mittels aller bisheriger Präzisionsmessungen an atomarem Wasserstoff und Deuterium und ist in guter Übereinstimmung mit dem aus myonischem Wasserstoff bestimmten Werten. In Weiterführung dieses Projektes wurden außerdem ein Aufbau für die Vermessung des 2S-6P Überganges vorbereitet und erste Tests durchgeführt. Darüber hinaus wurde ein weiteres Lasersystem für den 2S-9P Übergang aufgebaut.
Publications
- “Precision spectroscopy of the 2S-4P transition in atomic hydrogen”, International Conference on Precision Physics of Simple Atomic Systems, Rio de Janeiro, May 25-30, 2014
L. Maisenbacher, A. Beyer, K. Khabarova, A. Matveev, R. Pohl, Th. Udem, T.W. Haensch, N. Kolachevsky
- “Precision spectroscopy of 2S–nP transitions in atomic hydrogen for a new determination of the Rydberg constant and the proton charge radius”, Physica Scripta 165 014030 (2015)
Axel Beyer, Lothar Maisenbacher, Ksenia Khabarova, Arthur Matveev, Randolf Pohl, Thomas Udem, Theodor W Haensch, Nikolai Kolachevsky
(See online at https://doi.org/10.1088/0031-8949/2015/T165/014030) - “Precision spectroscopy of the 2S-4P transition in atomic hydrogen”, 46th Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics, At Columbus, Ohio, Volume: 60
L. Maisenbacher, A. Beyer, K. Khabarova, A. Matveev, R. Pohl, Th. Udem, T.W. Haensch, N. Kolachevsky
- „Towards an improved measurement of the 2S-4P transition in atomic hydrogen“, ICOLS 2015, Singapore, June 28 - July 3, 2015
L. Maisenbacher, A. Beyer, A. Matveev, K. Khabarova, R. Pohl, N. Kolachevsky, T. W. Haensch, Th. Udem
