Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/05

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Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/05 episodes

April 10, 2002 Physikunterricht im Kontext von Medizin und Biologie
Eines der dringend zu lösenden Probleme des Physikunterrichts stellt das im Vergleich zu
anderen Schulfächern geringe Interesse der Schüler und insbesondere Schülerinnen dar. Mangelnde
Lernmotivation führt langfristig zu geringeren Lernerfolgen und zu einem Desinteresse
an naturwissenschaftlichen Fragen als Erwachsener.
Inzwischen gibt es eine Reihe von Untersuchungen über das Interesse von Schülerinnen und
Schülern die zeigen, dass medizinische und biologische Themen auf relativ hohes Interesse
stoßen. Von diesen Befunden ausgehend wurden für eine Reihe von medizinischen Themen
Unterrichtseinheiten entwickelt und ihre Wirksamkeit bezüglich einer Interessenserhöhung
überprüft.
Folgende biologisch-medizinische Kontexte für die Einführung bzw. Anwendung physikalische
Begriffe und Gesetze wurden ausgewählt:
• Anhand des menschlichen Bewegungsapparates (Armgelenk, Kauapparat und Belastung
der Wirbelsäule) wurden Begriffe wie Hebel und Drehmoment sowie Schwerpunkt erklärt.
• Normale Atmung und Atmung beim Tauchen wurden zur Einführung des Luftdrucks verwendet.
Weiterhin wurden physikalische Aspekte von Störungen im Blutkreislauf
(Thrombose, Stenose, Aneurysma) betrachtet, um Begriffe und Gesetze aus der Hydrostatik
und Hydrodynamik zu behandeln.
• Einfache Untersuchungen am Auge, sowie die Behandlung der wichtigsten Fehlsichtigkeiten
in Verbindung mit der Anatomie und Physiologie des menschlichen und tierischen
Auges werden thematisiert. Hierbei standen die Akkommodationsformen in Luft und
Wasser im Vordergrund.
Den am Unterrichtsversuch beteiligten Lehrkräften wurden Materialsammlungen zur Verfügung
gestellt. Die Unterrichtsvorschläge waren nicht bis ins letzte Detail ausgearbeitet, sodass
die Lehrkräfte einen relativ großen Spielraum bei der Unterrichtsgestaltung hatten. Dies entspricht
u.E. einer weitgehend realitätsnahen Verwendung von Vorschlägen durch die Lehrkräfte.
Zur Veranschaulichung und Unterstützung der Themen wurden viele, auf die Grundfunktionen
reduzierte Modelle gebaut und für die Erprobung zur Verfügung gestellt.
Mit Hilfe einer Reihe von Fragebögen wurden die Einstellung der Lehrkräfte zu den unterrichteten
Themen und das allgemeine Interesse der Schülerinnen und Schülern an Physik,
sowie die Interessantheit des Unterrichts untersucht.
Die Lehrerbefragung ergab, dass die neuen Unterrichtskonzeptionen, mit dem Ziel das Interesse
an den Gegenständen der Physik durch eine explizite Berücksichtigung biologischmedizinischer
Kontexte zu erhöhen, bei den Lehrkräften auf hohe Akzeptanz stoßen. Nach
ihrer Einschätzung vergrößert der Bezug zur medizinischen Fragestellung sowohl für sie
selbst als auch für die Schüler das Interesse am Physikunterricht.
Vor- und Nachtest-Vergleiche ergaben eine Erhöhung des allgemeinen und des Fachinteresses
in der Versuchsgruppe und eine Abnahme in der Kontrollgruppe.
Eine Überlegenheit der Versuchsgruppe gegenüber der Kontrollgruppe bei der Interessantheit
des Unterrichts konnte nicht nachgewiesen werden.
In einigen Klassen wurden Leitungstests mit traditionellen Aufgaben geschrieben. Die Ergebnisse
können so interpretiert werden, dass die Lernleistung der Versuchsgruppe in Physik
nicht schlechter ausfiel als im traditionellen Unterricht. Allerdings haben die Schüler auch
etwas in der Biologie und Medizin dazu gelernt.
Der geschlechtsspezifische Vergleich zeigt, dass besonders die Mädchen bezüglich des Interesses
von dem Konzept profitieren.
Zusammenfassend sind die Ergebnisse so zu interpretieren, dass mit der Einbindung physikalischer
Inhalte in biologisch-medizinische Kontexte das Interesse der Schülerinnen und
Schüler wie angenommen gesteigert werden kann, ohne dass die Lernleistung darunter leidet.
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February 25, 2002 Numerical Simulations of the Formation of Large-Scale Structure of the Universe
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February 22, 2002 Untersuchungen zur Altersbestimmung von hauptreihenahen kuehlen Sternen
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February 15, 2002 Vielkanal-Femtosekunden- Spektroskopie der Primaerreaktionen von archaebakteriellen Retinalproteinen im sichbaren Spektralbereich
Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Primaerreaktion der Photosensoren
Sensorrhodopsin I und II aus dem Archaebakterium Halobacterium salinarum und Sensorrhodopsin
II aus Natronobacterium pharaonis sowie die Durchfuehrung vergleichender
Messungen an dem zur selben Familie gehoerenden Membranprotein Bakteriorhodopsin.
Spektral aufgel�oste Anreg-Abtast-Experimente im sichtbaren Spektralbereich ermoeglichten
dabei einen umfassenden Einblick in die schnellsten Prozesse nach der Lichtanregung.
Da Femtosekundenlasersysteme mit den erforderlichen Spezifikationen zu Beginn dieser
Arbeit noch nicht kommerziell erhaeltlich waren, musste zur Realisierung der Experimente
ein Ti:Saphir-Laseroszillator und ein CPA-Verstaerker entwickelt werden, der die
benoetigten Lichtimpulse von ca. 100 fs Dauer und 1 mJ Ausgangsleistung bei hoher
Stabilitaet lieferte.
Erste Hinweise auf das Verhalten der elektronisch angeregten Zustaende der Sensorrhodopsine
vermittelten die in einem modifizierten hochempfindlichen Ramanspektrometer
aufgenomenen Fluoreszenzspektren. Dabei konnten erstmalig die Fluoreszenzquantenausbeuten
der Sensorrhodopsine bestimmt werden und unter gewissen Annahmen auch
die Lebensdauern ihrer elektronisch angeregten Zustaende abgeschaetzt werden.
Die Anreg-Abtast-Experimente wurden mit einer Zeitau
�osung von ca. 100 fs im Spektralbereich
von etwa 400 nm bis 700 nm durchgef�uhrt, wobei Absorptionsaenderungen im
Promillebereich aufgeloest werden konnten. Innerhalb der ersten 200 fs nach der Lichtanregung
wurden bei allen untersuchten Proben schnelle, nichtexponentielle Reaktionskinetiken
beobachtet, die durch eine stark gedaempfte Abwaertssbewegung des auf der Potential
flaeche des elektronisch angeregten Zustands praeparierten Wellenpakets interpretiert
werden koennen. Diese Ergebnisse stuetzen mehrdimensionale Modelle der Primaerreaktion,
bei denen der Isomerisierung des Retinals eine schnelle Relaxation hochfrequenter
Schwingungsmoden vorausgeht.
Die Rueckreaktion in den elektronischen Grundzustand und die damit verbundene Isomerisierung
des Retinals verlaeuft im Fall des Photosensors Sensorrhodopsin II trotz der
unterschiedlichen Grundzustandsspektren sehr aehnlich zu Bakteriorhodopsin. Bei Sensorrhodopsin
I wurde jedoch eine sehr langsame Rueckreaktion innerhalb einiger Pikosekunden
beobachtet, die bei dem eingestellten pH-Wert vermutlich zumindest teilweise
durch eine veraenderte elektrostatische Wechselwirkung mit dem Gegenion der Schiss-
schen Base verursacht wird. Ueber den Vergleich mit Literaturdaten an Halorhodopsin
und BR-Mutanten konnten Vermutungen, dass die Geschwindigkeit der Primaerreaktion
stark von dieser Wechselwirkung beein
usst wird, weiter bestaetigt werden.
Aus den aufgenommenen Daten konnten weiterhin die erst lueckenhaft bekannten Photozyklen
der Sensorrhodopsine um einige Schritte ergaenzt werden und die Absorptionsquerschnite
der gefundenen Zwischenzust�ande berechnet werden. Schliesslich konnte ein
qualitatives Modell fuer die Prim�arreaktion der Familie der Retinalproteine vorgeschlagen
werden, das als Grundlage fuer zuk�unftige Arbeiten dienen kann.
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February 06, 2002 Einfluss externer Felder auf Struktur und Grenzflächenmorphologie dünner ferroelektrischer Filme
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January 11, 2002 Untersuchung der Oberﬂaechensegregation geordneter Legierungen mittels Ionenstreuung am Beispiel CuAu(100)
In dieser Arbeit wurde die Oberﬂaechensegregation bei Legierungen mittels niederenergetischer
Ionenstreuung (Low Energy Ion Scattering, LEIS) am Beispiel von CuAu untersucht.
Waehrend der Arbeit wurden Methoden weiterentwickelt und insbesondere bei der Computersimulation
neu entwickelt. Die Vorgehensweisen sind nicht auf das hier untersuchte
System beschraenkt, sondern koennen mit leichten Modiﬁkationen auf andere uebertragen
werden. Ziel der Arbeit war es, die Au-Konzentration der ersten und zweiten Atomlage
der (100)-Oberﬂaeche der binaeren Legierung CuAu in Abhaengigkeit von der Temperatur
zu bestimmen. Cu1−xAux ist ein in Bezug auf die Volumenverhaeltnisse bestens untersuchtes
klassisches System mit einem Ordnungs-Unordnungs-Phasenuebergang erster Ordnung.
Zwei der drei wichtigsten stoechiometrischen Kompositionen, naemlich CuAu3 und
insbesondere Cu3Au sind auch hinsichtlich ihres Verhaltens an der Oberﬂaeche eingehend
untersucht. Fuer CuAu ﬁndet man wenig Information.
Es zeigt sich, daß die Analyse der zweiten Atomlage von besonderem Interesse ist. Hier
unterscheiden sich (mit Ausnahme von idealen Loesungen) monotone und oszillatorische
Kompositionsproﬁle, was Rueckschluesse auf die Art der Nachbarwechselwirkungen zulaeßt
(Legierungen mit Entmischungstendenz und ordnende Legierungen respektive). Die Auswertung
der Ionenstreuintensitaeten aus der zweiten Lage ist jedoch durch Fokussierungsund
Neutralisationseffekte kompliziert und konnte bisher nur modellartig ueber Parameterbestimmung
behandelt werden. In dieser Arbeit wurde die quantitative Auswertung der
Intensitaetsverteilungen aus LEIS-Experimenten erstmals nur mit Hilfe von Computersimulationen
durchgefuehrt. Damit wurde die Au-Konzentration der zweiten Atomlage bestimmt.
Die notwendigen Eichungen der Streupotentiale und der thermischen Vibrationsamplituden
der Oberﬂaeche wurden an Eichproben der reinen Komponenten, Cu(100)und
Au(110)(1×2), durchgef¨uhrt. Die kritische Groeße fuer die Potentiale ist die Abschirmlaenge.
Sie wurde fuer 1.5 keV Na+-Streuung fuer Cu zu 77% und fuer Au zu 95% des Firsov’schen
Wertes bestimmt. Diese Ergebnisse wurden durch Ausnutzung der Vielfachstreuung gewonnen
und nicht, wie sonst ueblich, mit Hilfe von sehr aufwendig zu simulierenden Polarscans
welche nur zu Kontrolle verwendet wurden. Die Variation der Vibrationsamplituden
zeigte, daß sich fuer die Anpassung an LEIS-Resultate Uebereinstimmung mit theoretischen
Literaturwerten ergibt. Gleichzeitig zeigte sich, daß zur Anpassung bestimmter experimentellen
Intensitaeten eine Gitterrelaxation senkrecht zur Oberﬂaeche von etwa 7% einbezogen
werden muß, was mit den Literaturwerten hinsichtlich der tetragonalen Einheitszelle von
geordnetem CuAu in Einklang steht. Mit dem so gewonnenen Datensatz und der di-
rekt aus der He+-Streuung bestimmten Au-Konzentration der ersten Atomlage konnte
durch Vergleich von Simulationsrechnungen mit Realraumkartierungen der gemessenen
Intensitaeten erstmals die Komposition der ersten und zweiten Atomlage von CuAu(100)
bestimmt werden. Es zeigt sich Au-Segregation in Verbindung mit leicht gestoerter idealer
Volumenterminierung. Oberhalb der Uebergangsemperatur des Phasenuebergangs im Volumen
faellt die Au-Konzentration von urspruenglich 95% in der ersten Lage auf 75% bei
750◦C ab, gleichzeitig steigt sie in der zweiten Lage von 5% auf etwa 30% an. Eine rein
statistische Gleichverteilung wird erkenbar bis nahe an den Schmelzpunkt nicht erreicht.
Fuer die Segregationsenergie wurde ein Wert von -0.3 eV ermittelt. Die Ergebnisse werden
mit Simulationsrechnungen von Terser verglichen und zeigen sehr gute Uebereinstimmung,
was moeglicherweise mit der guten Beschreibbarkeit der Segregation von CuAu mit Paarwechselwirkungspotentialen
zusammenhaengt. Ferner wurden die Computersimulationsmethoden
verbessert: Der 3D-Code MARLOWE wurde hinsichtlich Simulationsleistung
gesteigert: laengere Variablen und Erweiterung zur Beruecksichtigung unterschiedlicher Vibrationsamplitude
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January 10, 2002 Coulombanregung von 180/181Ta und die Nukleosynthese von 180Ta im s-Prozess
Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit ist auf das extrem seltene Isotop 180Ta gerichtet.
180Ta ist eines der wenigen Isotope, dessen Nukleosynthese unklar ist. Als weitere
Besonderheit liegt 180Ta in der Natur in einem isomeren Zustand vor. Eine wichtige
Fragestellung dieser Arbeit ist, ob Zwischenzust¨ande im 180Ta existieren, die das
Isomer mit dem unstabilen Grundzustand koppeln. Die Existenz solcher Zustaende
kann Auswirkungen auf die Nukleosynthese von 180Ta in heißen Entstehungsszenarien
wie dem s-Prozess haben, da ueber thermisch anregbare Zwischenzustaende das
Isomer in den Grundzustand entvoelkert werden koennte. Durch Coulombanregung
sollten moeglichst viele Zust¨ande im 180Ta entdeckt und auf ihr moegliches Wirken als
Zwischenzustaende untersucht werden.
Im ersten Teil der Arbeit wird ein zu diesem Zweck am Niels-Bohr-Institut in
Risø, Daenemark, durchgefuehrtes Coulombanregungs-Experiment beschrieben, bei
dem 180Ta erstmals gammaspektroskopiert werden konnte. Ein an 180Ta angereichertes
und ein nicht angereichertes Tantaloxidtarget wurden mit 58Ni-Projektilen
mit einer Energie von 225 MeV bestrahlt. Durch den Vergleich dieser Spektren
konnten die auf dem Isomer im 180Ta aufbauende Rotationsbande sowie Zust¨ande,
die wahrscheinlich zu zwei γ-Vibrationsbanden gehoeren, gefunden werden. In dem
mitspektroskopierten Isotop 181Ta konnten neue Uebergaenge entdeckt werden, die
den bisher unbekannten γ-Vibrationsbanden zugeschrieben werden. Aus den gemessenen
γ-Intensitaeten wurden die Uebergangsmatrixelemente zwischen den gefundenen
Zustaenden von 180Ta und 181Ta bestimmt.
Der zweite Teil der Arbeit stellt ein am Muenchener Tandem-Beschleuniger durchgef
uehrtes Aktivierungsexperiment zur Suche nach Zwischenzustaenden im 180Ta vor.
In diesem Experiment wurden angereicherte und nicht angereicherte Tantaloxidtargets
mit 36S- und 64Ni-Projektilen bei verschiedenen Energien bestrahlt und
die gestreuten 180Ta-Kerne in Folien aufgefangen. Nach der Bestrahlung waren
in den Folien Grundzustandszerf¨alle von 180Ta-Kernen nachweisbar. Das Experiment
zeigt, dass Coulomb-anregbare Zwischenzustaende im 180Ta existieren, die das
Isomer mit dem Grundzustand koppeln. Um die Multipolaritaet der Anregung und
die Energie der Zwischenzustaende zu bestimmen, wurden fuer drei Kopplungsmodelle
(K-verbotenes-, γ-Vibrations- und Oktupol-Vibrations-Kopplungsmodell) die
¨Ubereinstimmung mit den experimentellen Daten getestet.
Im dritten Teil der Arbeit wird die Nukleosynthese von 180Ta im s-Prozess mit und
ohne Beruecksichtigung von Zwischenzustaenden diskutiert. Die Rechnungen im Fall
von Zwischenzustaenden zeigen, dass die Nukleosynthese von 180Ta durch den klassischen
s-Prozess erklaert werden koennte.
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December 19, 2001 Atomare Prozesse in starken Laserfeldern
Die sprunghafte Entwicklung in der Femtosekundenlasertechnologie Anfang der 90er
Jahre ermöglicht es, laserphysikalische Experimente in den verschiedensten Bereichen
der Naturwissenschaften bei Pulsdauern von einigen Femtosekunden und elektrischen
Feldstärken in der Größenordnung inneratomarer Felder durchzuführen. Im Rahmen dieser
Arbeit wurden die drei wichtigsten Prozesse im Bereich der Wechselwirkung von
Atomen mit starken Laserfeldern untersucht:
Im Fall der Above-threshold Ionisation (ATI) absorbiert ein Elektron aus dem Lichtfeld
mehr Photonen, als zu seiner Ionisation notwendig sind. Die Überschussenergie kann
mit einem Flugzeitspektrometer in Form der kinetischen Energie des Photoelektrons gemessen
werden. Im ATI-Spektrum wird die Zahl der gemessenen Photoelektronen als
Funktion ihrer Energie aufgetragen: Es ergibt sich eine Serie von Maxima im Abstand
der Photonenenergie. Diese fallen mit steigender Photoelektronenenergie stark ab und
entsprechen der Anzahl der jenseits der Ionisationsschwelle absorbierten Photonen. Die
Form der Spektren gibt detaillierte Hinweise auf Einzelheiten des Ionisationsvorgangs.
Zum Beispiel misst man für lineare Polarisation des eingestrahlten Lichts eine plateauartige
Struktur, die durch einen Rückstreuprozess des Elektrons am Ionenrumpf hervorgerufen
wird: Die Einhüllende des ATI-Spektrums folgt zunächst dem störungstheoretisch
erwarteten starken Abfall für niedrige Elektronenenergien. Sie geht dann in das ATIPlateau
über, bis sie am sogenannten Cutoff endgültig stark abfällt.
Neben dem Ionisationsprozess beobachtet man bei der Wechselwirkung von Atomen
mit intensiven Laserfeldern auch die Erzeugung hoher Harmonischer (high harmonic generation,
HHG). Dabei emittieren die Atome Strahlung mit Photonenenergien, die einem
Vielfachen der Energie der eingestrahlten Photonen entsprechen. Aufgrund der Inversionssymmetrie
werden im Gas nur die Harmonischen ungerader Ordnung erzeugt. HHG
kann durch Elektronen erklärt werden, die - statt wie bei ATI am Ionenrumpf zu streuen,
rekombinieren und auf diese Weise die aus dem Laserfeld aufgenommene Energie in
Form von hochenergetischer Strahlung abgeben. Auch im Spektrum der Harmonischen
fand man ein Plateau, das sich bis in den Bereich weicher Röntgenstrahlung erstrecken
kann. HHG erlaubt es damit, vergleichsweise effizient kohärente kurzwellige Strahlung
zu erzeugen, die vielversprechende Anwendungen ermöglicht, zum Beispiel in der Biologie
(Mikroskopie).
Als dritte Möglichkeit kann das Elektron seine während des Ionisationsprozesses gewonnene
Energie dazu benutzen, ein zweites Elektron aus dem Atom zu lösen. Dies wird
nicht-sequentielle Doppelionisation (NSDI) genannt und beinhaltet hochinteressante korrelierte
Ionisationsdynamik.
Für die Experimente dieser Arbeit wurde ein hochrepetitives (100kHz) Lasersystem
aufgebaut, das bei einer Pulsenergie von 6µJ und einer Pulsdauer von 50fs Spitzenintensitäten
von 2 · 1014W/cm2 erzeugt. Für Messungen in diesem Intensitätsbereich wurde
ein kombiniertes Elektronen- und Ionen-Flugzeitspektrometer sowie ein Vakuum-UVSpektrometer
konstruiert. Ersteres wurde im Rahmen dieser Arbeit aufgebaut und erlaubt
die gleichzeitige Messung von Elektronen und Ionen. Das XUV-Spektrometer wurde im
Rahmen dieser Arbeit umgebaut und erstmals zur Messung hoher Harmonischer eingesetzt.
Bei einer Repetitionsrate von 100kHz sind sehr detaillierte Analysen des Ionisationsprozesses
möglich. So wurde eine vergleichende Studie zum Einfluß der Elliptizität des
einfallenden Lichtfeldes auf die drei oben genannten Effekte durchgeführt. Elliptisch polarisiertes
Licht beschleunigt das Elektron in zwei Raumrichtungen. Mit zunehmender
Elliptizität verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron während des Ionisationsprozesses
zum Ionenrumpf zurückkehrt und damit auch die Effizienz von ATI, HHG
und NSDI. Ihre Abhängigkeit von der Elliptizität wurde unter nahezu identischen experimentellen
Bedingungen gemessen. Die Messung bestätigt die
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December 19, 2001 Einzelne Kalziumionen in einem optischen Resonator
Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es, ein einzelnes in einer Ionenfalle gespeichertes
Kalziumion als Meßsonde fuer das elektromagnetische Feld eines optischen
Resonators zu verwenden. Bei einer Anregungswellenlaenge von 397 nm konnte das
Feld mit einer Auﬂ¨osung von 60 nm unterhalb der Beugungsgrenze vermessen werden.
Die untere Grenze der Auﬂoesung wird bei Verwendung eines gespeicherten
Ions nur durch die Ausdehnung der Wellenfunktion des Ions im Schwingungsgrundzustand
des Fallenpotentials bestimmt und kann bei Kuehlung des Ions in
den Schwingungsgrundzustand weniger als 10 nm betragen. Die Auﬂoesungsgrenze
von 60 nm war aufgrund der Doppler-Kuehlung durch die Restbewegung des Ions
bestimmt.
Auﬂoesungen unterhalb der Beugungsgrenze werden auch bei der Nahfeld-
Mikroskopie erreicht, wobei die Auﬂ¨osung durch die Groeße der Meßsonde gegeben
ist. Durch die Verwendung einzelner Molekuele als Meßsonde wurden Auﬂoesungen
unter 100 nm erzielt. Gemessen wird die Intensitaetsverteilung des optischen Nahfeldes
durch Detektion des Fluoreszenzlichtes, das vom Molek¨ul in Abhaengigkeit
seiner Position emittiert wird. Um die Position des Molekuels relativ zur Probe
kontrollieren zu koennen, muß das Molekuel in einer Kristallmatrix oder auf einem
Substrat ﬁxiert werden mit dem Nebeneffekt, daß das zu messende Feld veraendert
wird. Diese unerwuenschte Beeinﬂussung der Meßgr¨oße durch die Messung wird bei
der Vermessung des Feldes mit einem einzelnen Ion in einer Ionenfalle vermieden.
Das zu diesem Zweck entwickelte System aus linearer Ionenfalle und optischem
Resonator ermoeglicht es, die relative Position zwischen Ion und elektromagnetischem
Feld auf Bruchteile der Wellenl¨ange des Feldes festzulegen und so die
unverfaelschte Feldverteilung mit hoher Auﬂoesung dreidimensional zu vermessen.
Die genaue relative Positionierung von Ion und Resonatormode impliziert dabei
die praezise Kontrolle der Kopplung zwischen einem einzelnen Ion und dem elektromagnetischen
Feld einer Resonatormode. Das hier vorgestellte System bietet
demzufolge auch ideale Voraussetzungen, um Resonator-Quantenelektrodynamik
mit einzelnen Ionen durchzufuehren.
Experimente, die die Wechselwirkung einzelner Atome mit dem elektromagnetischen
Feld einer Resonatormode untersuchen, verwenden bis heute Atome, die den
Resonator durchqueren oder im Umkehrpunkt eines atomaren Springbrunnens
fuer wenige Millisekunden im Resonatorfeld verweilen. Diese Messungen beinhalten
also immer eine Mittelung ueber die tats¨achlich im Resonatorfeld beﬁndlichen
Atome und ihre unterschiedliche Kopplung an das Resonatorfeld. Die Atomstatistik
zerstoert in diesen Experimenten im allgemeinen nichtklassische Effekte, die
in einem idealen System aus einzelnem Atom und Resonatorfeld theoretisch er-
wartet werden. Die hier beschriebene Anordnung erlaubt dagegen, wie die dreidimensionale
Vermessung einer Feldmode zeigt, daß eine exakte Kontrolle ueber die
Ion-Feld Kopplung bei nahezu unbegrenzter Speicherzeit des Ions im Resonatorfeld
erreicht wird. Auf den erzielten Ergebnissen aufbauend koennen Experimente
im Bereich der starken Ion-Feld Kopplung durchgefuehrt werden, bei denen die
oben erwaehnten Nachteile bisheriger Experimente nicht mehr vorhanden sind.
Erstmals eroeffnet sich die Meoglichkeit der deterministischen Erzeugung von Ein-
Photonen-Pulsen und der Konstruktion eines Lasers, der mit nur einem einzigen
Ion als aktivem Medium betrieben werden kann.
Zur Lokalisierung eines einzelnen Kalziumions im Resonatorfeld, wurde eine lineare
Falle vom Typ eines Quadrupol-Massenﬁlters konstruiert. Entlang ihrer Achse
ist diese Falle in mehrere Speicherzonen unterteilt, in denen jeweils ein einzelnes
Kalziumion oder auch eine Kalziumionenwolke gespeichert werden kann. In einer
Speicherzone wird die Falle geladen, waehrend die Experimente in einer 2,5 cm
entfernten Zone durchgefuehrt werden, die zwischen den Spiegeln eines Resonators
liegt. Auf diese Weise wird eine Auﬂadung der Spiegel und eine Bedampfu
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December 19, 2001 Untersuchung optisch-feldionisierter Wasserstoff- und Deuteriumplasmen mittels Thomson-gestreuten Laserlichts
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