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Institut für Theoretische Physik
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Ein Teilarbeitsgebiet der Gruppe ist die theoretische Beschreibung der
Wechselwirkung von Atomen mit Licht, insbesondere Laserlicht. Von
experimentellen Fortschritten angeregt haben sich in den letzten
Jahren äußerst interessante und neuartige Probleme ergeben, die einmal
die Grundlagenforschung berühren, aber auch potentielle Anwendungen
beinhalten. Ein Schwerpunkt unserer Forschung ist die Untersuchung
der Fluoreszenz einzelner Atome oder Ionen in Fallen, bei denen
gegenüber einem Ensemble neuartige Phänomene auftauchen,
beispielsweise die Leucht- und Dunkelphasen von Atomen mit
metastabilen Niveaus, kooperative Effekte in der Fluoreszenz zweier
oder mehrerer Atome infolge ihrer Dipol-Dipol-Wechselwirkung oder das
Verhalten von Intensitätskorrelationsfunktionen. Zur theoretischen Untersuchung
dieser Probleme ist in der Arbeitsgruppe die
sogenannte Quantensprungmethode entwickelt worden, die zeitgleich unter
anderem Namen auch in den USA und in Frankreich entstand und
die inzwischen wegen ihres wichtigen Anwendungspotentials
international große Beachtung gefunden hat. Zur Zeit haben wir diese
Methode für die Beschreibung der Fluoreszenz einzelner Atome mit
Translationsfreiheitsgraden erweitert und untersuchen Modelle, die im
Zusammenhang mit quantenmechanischen Zeitmessungen stehen. So
kann beispielsweise die zeitliche Verteilung des ersten spontan emittierten
Photons eines Atoms, welches im Grundzustand auf eine Laser-Barriere
zuläuft, als eine
Näherung für die Ankunftszeitverteilung des Atoms an dieser Barriere
betrachtet werden.
Im Rahmen dieses Projektes besteht eine enge Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. J.G. Muga in Bilbao (Spanien), die vom DAAD finanziell unterstützt wird.
Die Quantenoptik, zu der das Arbeitsgebiet der Gruppe zählt, ist ein stark expandierendes Gebiet, was durch zahlreiche Neubesetzungen an anderen Universitäten deutlich wird. In Deutschland scheint aber ein gewisser Nachholbedarf auf der theoretischen Seite zu bestehen, da die Anzahl der theoretischen Gruppen im Vergleich zu den experimentellen nicht sehr groß ist.
Weiterhin befaßt sich die Arbeitsgruppe mit Atom- und Moleküloptik. In Zusammenarbeit mit der experimentellen Arbeitsgruppe von Prof. J.P.Toennies am MPI für Strömungsforschung wird einerseits die Beugung von Atomen im Grundzustand (He, Ne, etc.) und im metastabilen Zustand (He*, Ne*) an einem Transmissionsgitter untersucht. Andererseits wird die Beugung kleiner Helium-Cluster untersucht.
Die in unserer Arbeitsgruppe auf Grundlage der quantenmechanischen Streutheorie entwickelte Beschreibung der Experimente erlaubt es, die Wechselwirkung (van der Waals-Potential) zwischen dem Atomstrahl und dem Material des Transmissionsgitters zu vermessen.
Weiterhin wurde eine Theorie zur Beschreibung der Beugung äußerst schwach gebundender Moleküle, wie z.B. das Helium-Dimer, entwickelt. Damit ist es möglich, Moleküleigenschaften aus experimentellen Beugungsbildern zu bestimmen.