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A high density target of ultracold atoms and momentum resolved measurements of ion-atom collisions

Götz, Simone Andrea

German Title: Ein dichtes Target ultrakalter Atome und impulsaufgelöste Messungen zu Ion-Atom Stößen

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Abstract

In this thesis an ultracold high density target with high loading flux in combination with a recoil ion momentum spectrometer (RIMS) is presented. Trapped rubidium atoms serve as a high density target (up to 10¹¹ atoms/cm³) at a temperature of only 200 µK. The target is loaded from a two-dimensional magneto-optical trap (2D MOT), which delivers an atom beam with a brilliance of 8 x 10¹² atoms/(s*rad) and a longitudinal momentum spread of 0.25 a.u.. The great advantage of this source is that the cold atom beam can be used as a target itself. The experimental setup, including the RIMS and the targets, are characterized using one-color two-photon ionization experiments. After the successful commissioning presented in this thesis the experiment is ready to be connected to the HITRAP beamline at the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, where multiple charge transfer between ultracold atoms and highly charged ions up to bare uranium can be investigated. In a different experimental setup, in collaboration with the KVI in Groningen, the Netherlands, first experiments on the energy dependence of double charge transfer in alkali-ion collisions are preformed. Using RIMS, two distinct double capture mechanisms, sequential transfer and correlated transfer, are identified and the respective differential cross sections are determined. The effective interaction time of the collision is varied by changing the projectile's velocity. At short interaction times the sequential transfer is dominant, while at longer interaction times the correlated transfer becomes more important.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit präsentiert ein ultrakaltes Target hoher Dichte mit schnellen Ladezeiten kombiniert mit einem Ionenrückstoßspektrometer (RIMS). Magneto-optisch gefangene Rubidiumatome mit einer Dichte von 10¹¹ Atomen/cm³ dienen als Target und werden auf 200 µK abgekühlt. Das Target wird aus einer zweidimensionalen magneto-optischen Falle (2D MOT) geladen, welche einen Atomstrahl hoher Brillanz (8 x 10¹² Atome/(s rad)) und geringer longitudinaler Impulsverbreiterung von 0.25 a.u. liefert. Insbesondere eignet sich der Atomstrahl mit diesen Eigenschaften selbst als Target. Die Targets und das Rückstoßionenspektrometer werden mittels gepulster Photoionisationsexperimente charakterisiert. Nach der erfolgreichen Kommissionierung steht das Experiment nun bereit, um an der HITRAP Strahllinie am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung integriert zu werden, um Mehrfachladungstransfer zwischen ultrakalten Atomen und hochgeladenen Ionen bis hin zu nacktem Uran zu untersuchen. In einem anderen experimentellen Aufbau, in Kollaboration mit dem KVI in Groningen, Niederlande, wurden erste Ergebnisse zur Energieabhängigkeit von Doppelladungstransfer in Stößen zwischen ultrakalten Alkaliatomen und hochgeladenen Ionen erzielt. Mittels Rückstoßionenspektroskopie werden zwei verschiedene Doppelladungstransfermechanismen, sequentieller Transfer und korrelierter Transfer, identifiziert und deren differenziellen Wirkungsquerschnitte gemessen. Die effektive Wechselwirkungszeit des Stoßes wird durch Variieren der Projektilenergie geändert. Bei kurzen Wechselwirkungszeiten dominiert der sequentielle Transfer, während bei langen Wechselwirkungszeiten der korrelierte Transfer zunimmt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Weidemüller, Prof. Dr. Matthias
Date of thesis defense: 9. May 2012
Date Deposited: 16. May 2012 10:01
Date: 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Atomphysik, Laserkühlung, Ion
Uncontrolled Keywords: Ladungstransfer , Ion-Atom Stöße , AtomstrahlCharge transfer , ion-atom collision , atom beam , ultracold atoms
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