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On Quantum Reflection and The Casimir Effect : Application to atom-surface scattering

Droujinina, Viola

German Title: Quantenreflexion und Casimir-Effekt bei der Streuung eines Atoms an einer Oberfläche

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Abstract

Quantum reflection of the light, neutral and surface sensitive 3He-atom is a novel method for investigating long-range attractive atom-surface potentials. This thesis presents the detailed analysis of experimental data obtained with the Atomic Beam Spin Echo (ABSE) spectrometer by scattering 3He from a strongly disordered alpha-quartz dielectric surface and from an atomically rough gold surface under grazing incidence. The data are interpreted in terms of the quantum reflection theory recently developed by Friedrich et al. The quantum reflection coefficient is measured at energies from microeV down to neV and increases by approximately 5 orders of magnitude. The influence of surface disorder is modelled and properly taken into account. The parameters of the long-range attractive Casimir-van der Waals potential extracted from the fits to the corrected data show excellent agreement with the values given in literature. The analysis of the reflection coefficient from alpha-quartz forms the first experimental confirmation of the high-energy asymptotic behavior determined by the non-retarded van der Waals potential. The scattering experiment on the 3He-Au(111) system represents the first quantitative measurement of the Casimir effect for the interaction of a single atom with a single conductive surface.

Translation of abstract (German)

Quantenreflexion des leichten neutralen und oberflächenempfindlichen 3He-Atoms ist eine neue Methode zur Untersuchung des langreichweitigen attraktiven Atom-Oberflächen-Potentials. In dieser Dissertationsschrift wird die detaillierte Analyse der experimentellen Daten präsentiert, die mit dem 3He-Spinecho-Spektrometer bei streifender Streuung des Atomstrahls von einer stark ungeordneten dielektrischen alpha-Quarzoberfläche und von einer atomar rauhen Au-(111)-Oberfläche aufgenommen wurden. Die Daten werden im Rahmen der vor kurzem entwickelten Theorie von Friedrich et al. interpretiert. Der Quantenreflexionskoeffizient wurde bei Energien zwischen mikroeV und neV gemessen und nimmt um ca. 5 Grössenordnungen zu. Die Parameter des langreichweitigen attraktiven Casimir-van der Waals-Potentials, die aus den Datenanpassungen extrahiert wurden, stimmen hervorragend mit den Literaturwerten überein. Die Analyse des Reflexionskoeffizienten von der alpha-Quarzoberfläche im Grenzbereich hoher Energien bestätigt das asymptotische Verhalten, das durch das nicht-retardierte van der Waal-Potential bestimmt ist. Das Experiment am 3He-Au(111)-System stellt die erste quantitative Messung des Casimireffekts bei der Wechselwirkung eines Atoms mit einer Oberfläche dar.

Item Type: Dissertation
Supervisor: De Kieviet, Priv.-Doz Maarten
Date of thesis defense: 23. July 2003
Date Deposited: 18. Aug 2003 12:31
Date: 2003
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Elastische Streuung, Casimir-Effekt, Quanteneffekt
Uncontrolled Keywords: QuantenreflexionAtom-surface scattering , Casimir-Effect , Quantum reflection
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