Forscher nutzen exotische Quantenzustände mit Lasertechnologie zur präzisen Kontrolle in der Quantenwelt

BerlinEin internationales Wissenschaftsteam unter der Leitung von Dr. Lukas Bruder von der Universität Freiburg hat einen neuen Weg gefunden, um hybride Elektronen-Photonen-Quantenzustände in Heliumatomen effektiver zu kontrollieren. Sie haben eine Methode entwickelt, die intensive Pulse von extrem ultraviolettem (EUV) Licht verwendet. Dabei kommt der FERMI-Freie-Elektronen-Laser in Triest, Italien, zum Einsatz, was neue Möglichkeiten in der grundlegenden Quantenforschung eröffnet.

Die Untersuchung befasst sich mit „dressed states“, speziellen Zuständen, die entstehen, wenn Atome mit sehr starkem Laserlicht bestrahlt werden. Diese Zustände treten auf, wenn die Laserintensität zwischen zehn und hundert Billionen Watt pro Quadratzentimeter liegt und die normalen Energieniveaus der Elektronen in Atomen verändert. Um Laserpulse mit dieser Leistung innerhalb von nur einer Billionstelsekunde zu erzeugen, sind fortschrittliche Technologie und eine sorgfältige Steuerung verschiedener Parameter erforderlich.

• Intensität der Laserpulse
• Energieniveaus der Elektronen
• Zeitliche Koordination und Dauer der Pulse
• Farbkomponenten der Laserstrahlung

Freie Elektronenlaser wie FERMI sind entscheidend für die Erzeugung von EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 100 Nanometern. Diese Technologie ermöglicht es Wissenschaftlern, Elektronenzustände auf neue Weise zu verändern, die mit sichtbarem Licht nicht möglich waren. Durch den Einsatz eines „Seed-Laser-Impulses“ konnte das Team die Emission präzise einstellen und die Kontrolle über die kurzlebigen Quantenzustände erlangen.

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Wissenschaftler können jetzt Quantenzustände besser steuern als zuvor, was bedeutende Auswirkungen haben könnte. Diese Fortschritte ermöglichen eine tiefere Erforschung von Quantensystemen und verbessern unser Verständnis des Verhaltens von Atomen. Diese Durchbrüche könnten in Bereichen, die eine präzise atomare Kontrolle erfordern, wie der chemischen Forschung und der Nanotechnologie, nützlich sein.

Die Verbesserung der Fähigkeit, solche Zustände zu erzeugen und zu steuern, kann Experimente mit Freie-Elektronen-Lasern effizienter gestalten. Diese Effizienz kann Zeit und Ressourcen sparen und uns zu Entdeckungen führen, die zuvor nicht möglich waren. Eine bessere Kontrolle auf Quantenebene könnte zu neuen Materialien oder Fortschritten in Technologien wie Quantencomputing führen.

Diese Untersuchung bringt Quantenmechanik voran und ebnet den Weg für zukünftige technologische Fortschritte. Durch das Verständnis von extremen Zuständen von Materie und Energie bereiten Wissenschaftler den Boden für neue Technologien, die gerade erst in den Köpfen der Menschen Gestalt annehmen.