Wechselwirkungskühlung von Ionen: Status und Perspektiven

Auf viele atomare und molekulare Teilchen ist die Laserkühlung nicht direkt anwendbar. In diesen Fällen kann Wechselwirkungskühlung ("sympa-thetic cooling") angewandt werden. Dabei wird das Ensemble in geeigneten Kontakt mit einem Ensemble laserkühlbarer Atome gebracht; insgesamt werden so beide Ensembles in ihrer Translationsbewegung gekühlt. Die Wechselwirkungskühlung von atomaren und molekularen Ionen durch Barium- und Beryllium-Kühlionen wird diskutiert. Eine Reihe von leichten Molekülsorten, insbesondere die Wasserstoffmolekülionen sowie Heliumionen, wurden in einer linearen Ionenfalle auf Temperaturen um 10 mK gekühlt. Dabei ordnen sich die Ionen in einer wohldefinierten räumlichen Clusterstruktur ("Coulombkristall") an. Die wechselwirkungsgekühlten Ionen lassen sich massenspektroskopisch identifizieren, indem ihre Schwingungsmoden in der Falle angeregt werden. Zahlreiche Anwendungen der neu gekühlten Spezies eröffnen sich: von chemischen Reaktionen über die Präzisionsspektroskopie am wasserstoffähnlichen Helium bis hin zu Tests der Zeitunabhängigkeit der Elektronenmasse. Schließlich wird ein Ausblick auf unsere laufenden Experimente zur Kühlung von organischen Molekülen gegeben.