Paul-Falle

Paul-Falle,

 

paulsche Ionenfalle, von W. Paul und Mitarbeitern ab 1955 entwickelter Apparat, in dem unter Höchstvakuum (etwa 10^-9 Pa) einzelne oder wenige Ionen für längere Zeit lokalisiert und der Untersuchung zugänglich gemacht werden können. Die wesentlichen Komponente der Paul-Falle ist eine rotationssymmetrische Elektrodenanordnung, an die eine elektrische Gleich- und eine hochfrequente Wechselspannung (etwa 10 MHz) angelegt wird. Das elektrische Quadrupolfeld mit der Feldstärke null in deren Symmetriezentrum bewirkt, dass ein geladenes Teilchen auf einen engen Raum um das Symmetriezentrum beschränkt wird, um das es eine Zitterbewegung ausführt. Die als Atomstrahlen in die Paul-Falle eingebrachten Teilchen werden in deren Innerem mit einem Elektronenstrahl ionisiert und mithilfe eines Lasers durch resonante Photonen so weit abgebremst, dass ihre Bewegungsenergie nur noch einer Temperatur von einigen Milli- oder Mikrokelvin entspricht. - Die Paul-Falle erlaubt eine höchstauflösende Spektroskopie der eingeschlossenen Teilchen, d. h. auch einzelner Ionen, die praktisch frei von Doppler-Verschiebung ist. Daneben kann die Teilchenstrahlung auch als Frequenznormal für Uhren (Ganggenauigkeit etwa 10^-14 bis 10^-15) verwendet werden. Durch die von den Ionen ausgesandte Fluoreszenzstrahlung werden diese einzeln sichtbar.

 

In ähnlichen elektromagnetischen Fallen können auch neutrale Atome eingefangen und durch Verdampfung eines Teils der gespeicherten Atome weiter gekühlt werden. Auf diese Weise wurden Temperaturen im Nanokelvinbereich erreicht und z. B. die Bose-Einstein-Kondensation von Rb- und Na-Atomen nachgewiesen.