Messung von Ericson-Fluktuationen

Eine bestimmte statistische Verteilung der Fluktuationsbreiten
einer quantenmechanischen Anregungsfunktion wird als
"Ericson-Fluktuation" bezeichnet. Anregungsfunktionen mit diesem
Merkmal wurden zuerst bei Compound-Kern-Reaktionen gemessen. Für
die heutige Forschung sind Ericson-Fluktuationen in zweierlei
Hinsicht von besonderer Bedeutung. Zum einen benötigt das zu ihrer
theoretischen Beschreibung dienende Modell lediglich den Rahmen der
quantenmechanischen Streutheorie, was sie in den Rang einer
universellen quantenmechanischen Erscheinung erhebt. Zum anderen
spielen sie eine Schlüsselrolle in der noch jungen
"Quantenchaos"-Forschung, in der sie nach einer Vorhersage von
Blümel und Smilansky quantenmechanische Streuvorgänge kennzeichnen,
für die es ein klassisches Modell gibt, das chaotisches Verhalten
aufweist. Diese herausgehobene theoretische Bedeutung der
Ericson-Fluktuationen bedarf allerdings noch der experimentellen
Rechtfertigung. Vor diesem Hintergrund sind die Ergebnisse des in
dieser Arbeit aufgebauten Experimentes besonders wertvoll. Es
liefert nicht nur die erste Messung von Ericson-Fluktuationen in
der Atomphysik, sondern auch die erste experimentelle Bestätigung
der Vorhersage von Blümel und Smilansky. Dazu wird in einem
He(4)-Bad-Kryostat die Anregungsfunktion der Photoabsorption von
Rb(85)-Atomen in gekreuzten statischen homogenen magnetischen und
elektrischen Feldern an einem thermisch erzeugten Atomstrahl
gemessen. Die magnetische Induktion wird durch supraleitende
Magnetspulen in Helmholtz-Anordnung und das elektrische Feld durch
einen Plattenkondensator erzeugt. Als Photonenquelle dient ein
kontinuierlich betriebener frequenzstabilisierter Farbstoff-Laser.
Im Zuge einer schrittweisen Durchstimmung des Farbstoff-Lasers wird
die Anregungsfunktion in guter Näherung bis auf eine
Proportionalitätskonstante bestimmt. Eine geeignete Geometrie des
Experimentes unterdrückt den Doppler-Effekt und den
bewegungsvermittelten Stark-Effekt bei der Spektroskopie am
Atomstrahl. Eine zweistufige Anregung mit optischem Pumpen eines
Zeeman-verschobenen Hyperfeinstrukturübergangs der Rb(85)-D2-Linie
durch einen frequenzstabilisierten Dioden-Laser wählt einen
bestimmten Unterzustand aus. Die Anregungsfunktion entspricht dann
in guter Näherung der eines Atoms in einem reinen atomaren Zustand
unter dem Einfluß festgelegter äußerer Felder. Angeregte Zustände
werden unabhängig von ihrem Autoionisationsverhalten detektiert.
Die Stärken der statischen Felder betragen etwa 22 kV/m und 1...2 T
und werden mit hoher Genauigkeit bestimmt. Die relativen Fehler
betragen etwa 2,5*10^(-3) für die elektrische Feldstärke und
5*10^(-4) für die magnetische Induktionsstärke. Mit Hilfe eines
Referenz-Lasers und eines Michelson-Interferometers zur absoluten
sowie eines längenstabilisierten Fabry-Perot-Interferometers zur
relativen Frequenzmessung werden die Anregungsfunktionen auf eine
absolute Frequenzskala umgerechnet. Knapp unterhalb der feldfreien
Ionisationsschwelle kann beim Anlegen gekreuzter Felder mit
geeigneten Werten für die elektrische Feldstärke und die
magnetische Induktionsstärke im klassischen Modell des
Valenzelektrons mit chaotischer Streuung gerechnet werden. Die
angeregten Zustände haben dann eine starke Autoionisationsneigung.
Die gemessene Anregungsfunktion für die Anregung dieser
Elektronenenergien weist ausgeprägte Ericson-Fluktuationen auf. In
Übereinstimmung mit numerischen Berechnungen für Wasserstoff nimmt
die Deutlichkeit der Ericson-Fluktuationen mit der magnetischer
Induktionsstärke zu. Die Ericson-Fluktuationen erweisen sich als
sehr empfindlich gegen zahlreiche störende elektromagnetische
Einflüsse. Diese müssen während der Messung unterdrückt werden. In
dieser Arbeit werden Ericson-Fluktuationen auf einer Skala
beobachtet, die zehn Größenordnungen unter der liegt, die für
Compound-Kern-Reaktionen ermittelt wurde. Bis auf die Skalierung
weisen die Verteilungen der Fluktuationsbreiten allerdings eine
große Ähnlichkeit auf. Dies spricht für die Universalität der
Ericson-Fluktuationen.