Wechselwirkung von twisted Licht mit einzelnen Atomen und atomaren Ensembles

• Antragsteller: Professor Dr. Andrey Surzhykov
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445408588

In den letzten Jahrzehnten wurde der Erzeugung und Anwendung von twisted Licht, das Phasensingularitäten, höchst inhomogene Intensitätsprofile und komplexe Polarisationstexturen aufweist, große Aufmerksamkeit gewidmet. So haben sich twisted Lichtmoden beispielsweise als wertvolles Werkzeug in der hochauflösenden Mikroskopie, der klassischen und Quantenkommunikation und als optische Pinzetten bewährt. Außerdem stehen auch die Wechselwirkungen von twisted Strahlung mit einzelnen Atomen und atomaren Ensembles im Mittelpunkt intensiver Forschung. Die theoretische Untersuchung solcher Wechselwirkungen war das Ziel der ersten Förderperiode dieses Projekts. Wir haben untersucht, wie twisted Licht zur Erzeugung von Materiewellenwirbeln in Bose-Einstein-Kondensaten und zur effektiven Anregung von extrem schmalen Uhrenübergängen in gefangenen Ionen genutzt werden kann. Die erfolgreiche Durchführung des Forschungsprogramms, unterstützt durch eine enge Zusammenarbeit mit theoretischen und experimentellen Gruppen aus Deutschland und der ganzen Welt, hat neue Herausforderungen mit sich gebracht, die in der zweiten Förderperiode des Projekts angegangen werden sollen. Insbesondere wollen wir eine rigorose Analyse der Wechselwirkung von twisted Licht mit einem gefangenen Atom unter realistischen experimentellen Parametern und willkürlichen Geometrien durchführen. Diese Studie ist von großer Bedeutung für die weitere Entwicklung hochpräziser optischer Uhren und integrierter Photonik. Wir werden uns auch mit einer höchst interessanten Frage befassen, nämlich der Übertragung eines großen Transversalimpulses auf ein Zielatom, das twisted Strahlung ausgesetzt ist, in der Fachwelt als Superkick-Effekt bekannt. Darüber hinaus soll untersucht werden, wie die Übertragung von Drehimpulsen auf den Massenschwerpunkt des Atoms in Quantendetektoren genutzt werden kann, was wichtige Auswirkungen auf die Metrologie haben könnte. Um die theoretische Forschung zu diesen und anderen im Antrag genannten Themen voranzutreiben, beantragen wir hiermit die zweite Förderperiode.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen