Laser spectroscopy of molecules
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde die präziseste Messung eines Rotations-Vibrationsübergangs eines Wasserstoffmolekülions durchgeführt. Moderne Techniken, wie sympathisch gekühlte, in einer Falle gespeicherte Molekülionen und ein Frequenzkamm-stabilisierter Diodenlaser kamen zum Einsatz. Die relative experimentelle Genauigkeit der Übergangsfrequenz betrug 2.3 x 10^-9. Im Rahmen dieser Genauigkeit ergab sich eine vollständige Übereinstimmung mit der ab-initio Theorie des Wasserstoffmolekülions, die durch V. Korobov und D. Bakalov, mit Beiträgen des Antragstellers, entwickelt wurde. Dies stellt auch die bisher genaueste Überprüfung der Quantenmechanik in einem molekularen System dar, wobei Beiträge aufgrund relativistischer und quantenelektrodynamischer Effekte nachgewiesen wurden. Ein zweites wichtiges Resultat war der Nachweis, dass die sympathische Molekülionenkühlung nur die translatorischen, aber nicht die internen Freiheitsgrade kühlt: die Verteilung der Population auf die unterschiedlichen Rotationszustände entspricht der Temperatur der Umgebung. Auf theoretischer Seite wurde die ab-initio Theorie der Hyperfeinstruktur des HD+ Moleküls erarbeitet, die wesentliche Grundlage für die genannte experimentelle Messung war, und auch für zukünftige Messungen von Bedeutung sein wird. Weiterhin haben wir Beiträge geleistet zur Bewegungsdynamik von unterschiedlichen Spezies in einem Coulomb-Cluster in einer Radiofrequenzfalle, und zur Allgemeinheit der sympathische Kühlung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Ab initio hyperfine structure of ro-vibrational transitions in the HD+ molecule”. Phys. Rev. Lett. 97, 243001 (2006)
D. Bakalov, V. Korobov, S. Schiller
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“Production of ultracold diatomic and triatomic molecular ions of spectroscopic and astrophysical interest”. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 39 (2006) S1241–S1258
B. Roth, P. Blythe, H. Daerr, L. Patacchini, S. Schiller
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“Rovibrational spectroscopy of trapped molecular hydrogen ions at millikelvin temperatures”. Phys. Rev. A 74, 040501 (2006)
B. Roth, J.C.J. Koelemeij, H. Daerr, and S. Schiller
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“Blackbody thermometry with cold molecular ions and application to ion-based frequency standards”. Phys. Rev. A 76, 023413 (2007)
J.C.J. Koelemeij, B. Roth, S. Schiller
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“Motional resonance coupling in cold multispecies Coulomb crystals”. Phys. Rev. A 75, 023402 (2007)
B. Roth, P. Blythe, S. Schiller
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“Vibrational spectroscopy of HD+ with 2-ppb accuracy”. Phys. Rev. Lett. 98, 173002 (2007)
J.C.J. Koelemeij, B. Roth, A. Wicht, I. Ernsting, and S. Schiller
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“Precision Spectroscopy of Molecular Hydrogen Ions: Towards Frequency Metrology of Particle Masses”. In: "Precision Physics of Simple Atomic Systems", Lect. Notes Phys. 745, 205–232 (2008)
B. Roth, J. Koelemeij, S. Schiller, L. Hilico, J.-P. Karr, V. Korobov, and D. Bakalov
