Atomare und molekulare Stoßprozesse in Hannover


Laseranregung von Stoßpaaren

In unseren Experimenten versuchen wir, in atomare Stoßprozesse einzugreifen und atomare Stoßvorgänge direkt zu beobachten. Das ist schwierig, denn das Untersuchungsobjekt ist klein (10-10 m) und kurzlebig (10-12 s).
Manipulation und Beobachtung erfolgen durch Laseranregung des Stoßpaares.
Wir verfügen mittlerweile aber über zahlreiche experimentelle Möglichkeiten. Wir können Details atomarer Vorgänge sichtbar machen, die mit klassischen Experimenten nicht oder nur indirekt zugänglich sind.

Bild: Labor

Mikroskopische Atominterferometer

Atomare Stoßpaare bilden ein mikroskopisches Interferometer, analog zum optischen Michelson-Interferometer. Ein Laser, der das System während des Stoßes anregt, übernimmt die Rolle des Strahlteilers. Das Interferometer ist (mit Hilfe der Laserpolarisation) beliebig durchstimmbar. Das Interferenzmuster enthält Informationen über die Wechselwirkung der Stoßpartner.

Abbildung: Winkelverteilung der Stoßprodukte: Experimentelle Daten mit Fehlerbalken und eine quantenmechanisch berechnete Verteilung.
Bild: Atominterferometer

Photographie des Stoßvorganges

Wir regen Stoßpaare während des Zusammenstoßes durch Laserlicht an und können mit Polarisationsexperimenten geometrische Strukturen des Stoßvorganges sichtbar machen . Wir wollen in Zukunft auf diese Art nicht nur atomare Zusammenstöße, sondern auch schnelle molekulare Vorgänge studieren, bis hin zu chemischen Reaktionen.

Zur Zeit starten wir außerdem ein Experiment mit dem wir versuchen wollen, einen Stoß zu filmen.

Abbildung: Die linke Spalte zeigt die Signalintensität als Funktion der Laserpolarisation; die Balken zeigen die größten und kleinsten Intensitäten. In der rechten Spalte sind die möglichen Bahnen, dargestellt, auf denen die Stoßpartner aneinander vorbei laufen und die Orte, an denen der optische Übergang stattfindet ("Condonpunkte"). Das Meßergebnis zeigt, ähnlich wie eine unscharfe Photographie, die räumliche Lage der Condonpunkte
Bild: Geometrie des Sto▀paares

Kohärente Kontrolle

Es gibt einfache Möglichkeiten, in Stöße von außen her einzugreifen und dadurch den Ablauf und das Ergebnis des Stoßes zu bestimmen.
Zum Beispiel ist es möglich, durch Wahl der Polarisationsrichtung des Lasers eine Bahn (siehe oben) "abzuschalten". Wie beim optischen Interferometer verschwinden dann die Interferenzstrukturen.

Beobachtung nichtadiabatischer Vorgänge

Wenn wir ein Stoßsystem in einen einzigen, wohldefinierten elektronischen Zustand anregen, dann finden wir nach dem Stoß in der Regel dennoch verschiedene elektronische Zustände. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die Wechselwirkungen und die Übergänge zwischen elektronischen Zuständen ("nichtadiabatische Prozesse").

Abbildung: Feinstrukturverhältnis bei zwei verschiedenen Stoßpaaren
Bild: Feinstruktur