Dr. O. Hoffmann: Direkte Beobachtung von Stoßpaaren

Pump und Probe Experimente

Energieaufgelöstes Experiment

Gegenüber dem bisherigen Verfahren mit Anregung und Nachweis bietet es weitere Vorteil, noch einen Zwischenschritt mit einem weiteren nichtresonant eingestrahlten Laser zur Analyse während des Stoßes einzuführen (siehe Bild).

Zum einen wird so die Analyse vom Nachweis getrennt, zum anderen ergibt sich so die Möglichkeit einer noch detaillierteren direkten Beobachtung des Stoßpaares. Mit dem Anregungslaser wird eine Präparation eines Anfangszustandes vorgenommen. Durch die Analyse im Stoß werden so auch Probleme umgangen, die bei der Analyse von angeregten freien Atomen nach dem Stoß auftreten.

Pump und Probe

Kurzpulsexperiment

Auf diesem Prinzipbild ist noch einmal der Ablauf eines solchen Stoßes mit Anregung und Analyse dargestellt - das Teilchen läuft von links im Grundzustand ein.
Es wird am ersten Condonradius angeregt (rot), läuft aus und wird am zweiten Condonradius an einem anderen Ort analysiert (blau) und läuft dann aus und wird wie gehabt nach dem Stoß nachgewiesen.

Zeitaufgelöstes Experiment

Statt Anregung und Analyse mit Lasern energetisch guter Auflösung durchzuführen, kann dies auch mit zeitlich kurzen Pulsen erfolgen.
Die Informationen sind so anderer Art, man erhält durch Variation der Zeit zwischen Anregung und Analyse so praktisch einen Film des kompletten Stoßes.


Kurzpulsexperiment

Das Bild oben zeigt das Schema eines solchen Experimentes, wie das auch bereits durchgeführt wurde. Leider konnte bislang nur gezeigt werden, daß ein solches Experiment wirklich durchführbar ist. Um wirklich Messungen im Sinne eines Filmes durchzuführen, wäre größere finanzielle und personelle Mittel notwendig, als sie zur Verfügung standen.

Die Abbildung hier drunter zeigt einen Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Signalhöhen, einmal als Funktion der Flugzeit und einmal als Funktion der Pump-Probe-Verzögerung. Die gute Übereinstimmung ist ein deutliches Indiz für die prinzipielle Durchführbarkeit solcher Experimente.

Kurzpulsexperiment, Ergebnisse

Die Bilder unten zeigen zwei simulierte Stöße mit korrektem Zeitablauf - der Abstand der Punkte entspricht jeweils 50 Femtosekunden.
Meistens gibt es mehrere Möglichkeiten zu einem bestimmten Ablenktwinkel, durch Wahl der Polarisation bei der Anregung und der Zeitspanne zwischen Anregung und Analyse ist es jedoch möglich, eine Trajektorie gezielt auszuwählen. Für jede Trajektorie ist jeweils die Zeit zwischen Anregung und Analyse angegeben.
Die großen weißen Kreise geben die Orte der Anregung an, die grauen die der Analyse.

Kurzpulsexperiment

Kurzpulsexperiment