Unser Manuskript „Tailored single-atom collisions at ultralow temperatures“ ist im Journal Physical Review Letters veröffentlicht worden (Phys. Rev. Lett. 122 , 013401 (2019)). (Siehe auch die Pressemitteilung der TUK)
Einzelne Kollisionen zwischen zwei Atomen sind die Grundlage für das makroskopische Verhalten eines Gases, wie zum Beispiel Druck oder Wärmetransport, aber auch Quanteneigenschaften. In unserer Arbeit haben wir zusammen mit unserem Kollegen Prof. E. Tiemann von der Universität Hannover einzelne Kollisionen bei ultrakalten Temperaturen untersucht. Dabei sind wir über die Standardbetrachtung des Bewegungszustandes, d.h. Vermessung von Position und Geschwindigkeit, hinausgegangen. Wir haben vielmehr auch untersucht, wie der interne Zustand, der Aufschluss über den Drehimpulszustand des Atoms gibt, sich bei Kollision mit einem anderen Atom ändert, und wie dieser Zustand kontrolliert werden kann. Dazu wurden individuelle Cäsium (Cs) Atome bei Tempertaturen von wenigen hundert Nanokelvin in ein ebenso kaltes Rubidium (Rb) Gas eingebracht. Wir konnten eine Reihe von sogenannten Feshbach Resonanzen beobachten, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine Kollision mithilfe eines Magnetfeldes eingestellt werden kann. Die Ursache dieser Resonanzen ist die Kopplung an einen gigantischen molekularen Halozustand, dessen Größe im Mikrometerbereich so groß wie unsere gesamte Rb Wolke ist. Zusätzlich konnten wir beobachten, dass in einer Kollision sich der Drehimpuls nicht nur in einzelnen Quanten, sondern in einer Kollision auch um zwei Quanten ändern kann. Unsere Ergebnisse eröffnen neue Einblicke in das molekulare Wechselwirkungspotential bei ultrakleinen Energien. Mit unserem Experiment öffnen sich neue Möglichkeiten, vor allem in zwei Richtungen. Erstens erlaubt unser Experiment, Wechselwirkungsphänomene auf dem Niveau einzelner atomarer Stöße zu messen und damit die Präzision und das Verständnis ultrakalter Chemie und Spektroskopie zu verbessern. Zweitens ist die hervorragende Kontrolle ein wichtiger Schritt, um die Quanteneigenschaften von Materie in zukünftigen Ergebnissen präzise auf dem Niveau einzelner Stöße zu kontrollieren.