Die Arbeit beschäftigt sich mit der Dynamik von Gasen aus hoch angeregten Atomen. Es wird sowohl die Erzeugung von Rydberggasen, als auch ihre Dynamik nach der Laser-Anregung betrachtet. Zur Beschreibung des Anregungsprozesses wird ein quasi-klassischer Zugang verwendet. Er basiert auf der adiabatischen Eliminierung von Kohärenzen aus der vollen Quanten-Beschreibung und führt auf eine klassische Mastergleichung. Diese Näherung ist gerade für typische experimentelle Situationen durchführbar. Die klassische Mastergleichung kann durch ein simples Monte-Carlo-Verfahren für Systeme aus zehntausenden von Teilchen unter voller Berücksichtigung der Rydberg-Rydberg-Wechselwirkung gelöst werden. Mit Hilfe des Monte-Carlo-Verfahrens wird die Anregung von Rydbergatomen in einem ultrakalten Gas untersucht. Die in Experimenten gefundene Anregungsblockade wird durch die Methode gut beschrieben. Bei der Anregung von Rydbergatomen aus einem optischen Gitter wird sogar eine Anregungsverstärkung - eine Antiblockade - vorhergesagt. Die Antiblockade in einem Gitter erlaubt eine Charakterisierung räumlicher Korrelationen der Rydbergatome allein durch die Messung ihrer Dichte. Sie ist robust gegenüber Gitterfehlstellen und sollte mit heutigen experimentellen Techniken nachweisbar sein. Für die Anregung im ungeordneten Gas wird gezeigt, dass sich die räumlichen Korrelationen der Rydbergatome indirekt in den Momenten der Häufigkeitsverteilung angeregter Atome widerspiegeln. Durch die Untersuchung der Fluktuationen in der Zahl angeregter Atome lassen sich die Unterschiede in den Paarkorrelationsfunktionen bei Blockade und Antiblockade im Gas messen. Ein Vergleich mit experimentellen Daten zeigt eine qualitativ gute Übereinstimmung. Für die Dynamik des Rydberggases nach dem Abschalten der Anregungslaser ist der Fall besonders interessant, dass Atome in unterschiedlichen Rydbergzuständen resonant ihre Anregungsenergie austauschen können. In der Arbeit wird argumentiert, dass sich der räumliche Transfer von Anregungsenergie in Rydbergsystemen ohne störende Umgebungseinflüsse gezielt untersuchen lässt. Mit Hilfe der Frenkelschen Exziton-Theorie wird der Energietransfer entlang einer eindimensionalen Anordnung von Rydbergatomen untersucht. Zusätzlich wird dargelegt, dass die exzitonische Anregung auch mechanische Kräfte auf die Rydbergatome induziert. Diese werden mit Hilfe einer quanten-klassischen Methode analysiert. Der Zusammenhang der auftretenden Kräfte mit den Symmetrien der exzitonischen Eigenfunktionen wird aufgezeigt. In einer eindimensionalen Anordnung von Rydbergatomen wird ein adiabatischer Energietransfer vorhergesagt, der an die Bewegung der Atome gebunden ist. Er läuft vollständig auf einer einzigen adiabatischen Potentialfläche ab. Dieser Transport ist langsam genug, um mit heutigen experimentellen Methoden im Prinzip orts- und zeitaufgelöst abgebildet zu werden.

La constante de Rydberg $\ R_\infty = \alpha^2 m_{ e} c^2/2hc \$ est déduite d'une comparaison théorie - expérience très précise sur l'atome d'hydrogène. Les derniers calculs d'électrodynamique quantique menés de différentes façons donnent des résultats similaires validant ainsi l'exactitude des termes calculés. Les écarts entre niveaux de l'atome d'hydrogène sont maintenant très bien connus grâce aux mesures faites en unité de fréquence. Ainsi la constante de Rydberg fait partie des constantes fondamentales les mieux déterminées $\Delta R_\infty / R_\infty = 6.6 10^{-12}$. Cependant pour que la comparaison soit complète, il faut connaître indépendamment la valeur de la distribution de charge du proton. Ceci peut être réalisé via une expérience sur l'hydrogène muonique (dans cet atome exotique, l'électron est remplacé par un muon). Après une introduction sur la comparaison théorie - expérience pour l'atome d'hydrogène, les derniers développements de l'expérience sur l'hydrogène muonique sont présentés.<br /><br />La mesure du recul induit par un photon sur un atome de masse M conduit à une détermination pertinente de la constante de structure fine $\alpha$ en utilisant la constante de Rydberg, et les rapports des masses de l'électron, du proton, de l'atome considéré. Dans cet optique, nous avons développé une nouvelle expérience d'oscillations de Bloch avec des atomes de rubidium ultra-froids. Le principe de l'expérience est exposé brièvement tout en insistant sur l'originalité de notre approche. Les premiers résultats métrologiques obtenus très récemment sont présentés.

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Experimental and theoretical investigations of highly-excited molecules are presented that advance the current state of knowledge of intramolecular interactions in highly-excited molecular states. A quantitative analysis of intramolecular interactions in excited hydrogen fluoride is presented, in which the rotational levels of the B singlet-Sigma+, v = 29 vibronic level are shown to mix with the corresponding e-parity components of the C singlet-Pi, v = 0 level. Extrapolating the experimentally-derived mixing parameter to the unperturbed limit reveals an unperturbed value of the aF hyperfine parameter of 4132(25) MHz. Coupling energies between the ion-pair curve and long-range asymptotes of covalent states are calculated for a large number of alkali–alkali collision channels, revealing the dependence on the internuclear distance at which the crossing takes place and forming a foundational step for the calculation of cross-sections and rate coefficients for different charge-exchange and other processes. To advance the experimental investigation of these systems, optical instrumentation and associated control systems have been designed and constructed for cooling and trapping lithium in preparation for experimental studies of cold-collisions that will be informed by, and ultimately a test of, some of these calculated ionic–covalent coupling energies. A novel scheme for systematic optimization of peak-locking has been developed and implemented, providing a rigorous assessment of the optimal experimental parameters. A side-of-filter offset-locking scheme was implemented, characterizing and correcting for a previously unexplained offset in the error-signal. A novel calibrated polarimetry scheme is demonstrated, correcting for the primary sources of uncertainty relating to manufacturing tolerances and experimental errors. The calibrated set of polarization measurements is used to examine the purity of the optical polarization state in the light sources to be used for trapping lithium. / Thesis (Ph.D, Physics, Engineering Physics and Astronomy) -- Queen's University, 2012-01-31 11:30:22.479

Experimental and theoretical progress has been made toward the production and manipulation of novel atomic and molecular states. The design, construction and characterization of a driver for an acousto-optic modulator is presented which achieves a maximum diffraction efficiency of 54 % at 200 MHz, using a commercial modulator. A novel design is presented for a highly sensitive optical spectrum analyzer for displaying laser mode structure in real time. Utilizing programmable microcontrollers to read data from a CMOS image sensor illuminated by the diffraction pattern from a Fabry-Perot interferometer, this device can operate with beam powers as low as 3.3 micro-watts, at a fraction of the cost of equivalent products. Computational results are presented analyzing the behaviour of a model quantum system in the vicinity of an avoided crossing. The results are compared with calculations based on the Landau-Zener formula, with discussion of its limitations. Further computational work is focused on simulating expected conditions in the implementation of the STIRAP technique for coherent control of atoms and molecules in the beam experiment. The work presented provides tools to further the aim of producing large, mono-energetic populations of heavy Rydberg systems. / Thesis (Master, Physics, Engineering Physics and Astronomy) -- Queen's University, 2007-10-03 17:17:56.841

A simple theory relating the dynamics of electrons to the long-range properties of the molecular ionic core is developed for asymmetric top molecules in general and water in particular. It is combined with the molecular version of multichannel quantum defect theory developed by Fano and Jungen and applied to the resonance-enhanced multiphoton ionization spectra of Child and Glab (M. S. Child and W. G. Glab, J. Chem. Phys., 2001, 112, 3754-3765), the mass-analysed threshold ionization spectra of Dickinson et al. (H. Dickinson, S. R. Mackenzie and T. P. Softley, Phys. Chem. Chem. Phys., 2000, 2, 4669-4675) and the as-yet unpublished work of Glab on the photoelectron branching ratios of the nd and nf Rydberg lines of the water molecule. The effect of resonances between electronic and rotational motion in Rydberg molecules is investigated using multichannel quantum defect theory with special reference to the time-resolved wave packet experiments of Smith et al. (R. A. L. Smith, J. R. R. Verlet, E. D. Boleat, V. G. Stavros and H. H. Fielding, Faraday Discuss., 2000, 115, 63-70).

The 87Rb 49s->48s Rydberg state transition was rendered insensitive to electric field fluctuations about a 1V/cm dc electric field. This was accomplished by applying a non-resonant 38.445GHz microwave field to modify the electric dipole moment difference between the two states involved. This effect can be used to preserve the coherence of Rydberg state qubits in the presence of varying electric fields.

The 87Rb 49s->48s Rydberg state transition was rendered insensitive to electric field fluctuations about a 1V/cm dc electric field. This was accomplished by applying a non-resonant 38.445GHz microwave field to modify the electric dipole moment difference between the two states involved. This effect can be used to preserve the coherence of Rydberg state qubits in the presence of varying electric fields.

Stuttgart, Univ., Diss., 2006.

Thesis (Ph. D.)--Physics, Georgia Institute of Technology, 2008. / Committee Chair: Uzer, Turgay; Committee Member: Aral, Mustafa; Committee Member: Flannery, Raymond; Committee Member: Raman, Chandra; Committee Member: Schatz, Michael.