Ultraviolett-Spektroskopie und Thermodynamik von ultradichten Gasmischungen

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Weitz
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496090524

Zwischen den Absorptions- und den Emissionslinien dichter atomarer und molekularer Medien, wie Farbstofflösungen und Alkali-Puffergasmischungen bei hohem Druck, besteht in vielen Fällen eine universelle thermodynamische Skalierung, die Kennard-Stepanov-Relation, welche Ausdruck des detaillierten Gleichgewichts ist. In Vorarbeiten ermöglichte dies unserer Arbeitsgruppe die erstmalige Demonstration einer Bose-Einstein-Kondensation von Photonen sowie der stoßinduzierten Laserkühlung von Gasen. Unmittelbares Ziel des Forschungsvorhabens ist die Demonstration eines neuen, spektroskopischen Verfahrens zur Bestimmung der absoluten Temperatur. Im Rahmen der geplanten Untersuchungen sollen in Vorarbeiten durchgeführte spektroskopische Messungen von Absorption und Emission an dichten Ensembles, bei denen die Stoßverbreiterung die thermische Energie in Frequenzeinheiten erreicht, auf Proben, welche bereits bei Raumtemperatur gasförmig sind, erweitert werden. Untersuchen wollen wir Gasmischungen des Edelgases Xenon, sowie kleinen Molekülen, mit beispielsweise Argon als Puffergas bei 100-200 bar Druck, was durch Messungen im ultravioletten und im vakuum-ultravioletten Spektralbereich ermöglicht wird. Durch Aufnahme von Absorptions- und Emissionsspektren bei hohen Gasdichten soll die thermodynamische Kennard-Stepanov-Relation für atomare und molekulare Gasmischungen überprüft werden, was eine optische Frequenzmessung der Temperatur erlauben soll. Perspektive der Arbeiten stellt die Realisierung von Bose-Einstein-Kondensaten im vakuum-ultravioletten Spektralbereich dar, als kohärente Quellen von Licht in diesem für übliche Laser schwer zugänglichen Bereich für beispielsweise die Lithografie oder medizinische Anwendungen. Auch sollen die Arbeiten die Grundlage für Experimente zur stoßinduzierten Laserkühlung „makroskopischer“ Ensembles von dichten Gasen ausgehend von Raumtemperatur bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Optischer parametrischer Oszillator
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Mitverantwortlich: Dr. Frank Vewinger