Quanteneigenschaften von hybriden Atom-Licht Zuständen

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Der Effekt der elektromagnetisch induzierten Transparenz erlaubt den Durchgang von Licht durch dichte atomare Gase mittels quantenmechanischer Interferenzphänomene. Medien, die elektromagnetisch induzierte Transparenz zeigen, haben interessante Eigenschaften, wie extrem langsame optische Gruppengeschwindigkeiten. Verbunden mit der langsamen Lichtausbreitung ist die Propagation von Quasiteilchen, so genannter Dunkelzustands-Polaritonen, die Mischungen einer photonischen Komponente und einer atomaren Spinwelle sind. Uns gelang es in einem Stern-Gerlach Experiment für langsames Licht nachzuweisen, dass sich die dunklen Polaritonen wie Teilchen mit einem von Null verschiedenen magnetischen Moment verhalten, was in klarem Gegensatz zu den Eigenschaften von Photonen im Vakuum steht. Das effektive magnetische Moment wird auf die Spinwellen-Komponente dieses Quasiteilchens zurückgeführt, die beim Eintritt des Lichts in das Medium entsteht. Auf dem Gebiet der Festkörperphysik ist es gut bekannt, dass die Umgebung die Eigenschaften von Teilchen modifizieren kann, wie im Falle der effektiven Masse des Elektrons.Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens wollen wir auf unsere Vorarbeiten aufbauen und erarbeiten, wieweit das Quasiteilchenkonzept der dunklen Polaritonen trägt, das heißt zu welchem Grad das Photon hier effektive Eigenschaften annehmen kann, die sonst nur von Materie bekannt sind. Wir planen den Nachweis einer Aharonov-Casher Phase für langsames Licht, die auf einem bewegten magnetischen Dipol des Polaritons in einem angelegten elektrischen Feld beruht. Die Phasenverschiebung wollen wir mit mehrkomponentigen Dunkelzuständen im dichten Rubidiumgas bestimmen. Auch sollen im Rahmen des beantragten Projekts mit einem eingestrahlten Laserfeld Übergänge zwischen unterschiedlichen internen Zuständen der Dunkelzustands-Polaritonen induziert werden und so erstmals spektroskopische Experimente an diesem Quasiteilchen gelingen.Wir erwarten im Rahmen des Projekts, das Potenzial mehrkomponentiger Quasiteilchen für Präzisionsmessungen des Magnetfeldes aufzeigen zu können. Eine längerfristige Perspektive liegt in neuartigen Tests des elektrischen Dipolmoments von Teilchen mithilfe der elektromagnetisch induzierten Transparenz. Auch erwarten wir, dass Dunkelzustands-Polaritonen mit interner Struktur interessante Anwendungen auf dem Gebiet der Quanten-Informationsverarbeitung ermöglichen.