Thermal Properties of Levitated Nanoparticles
| Autor: | Hebestreit, Erik |
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| Přispěvatelé: | Novotny, Lukas, Romero-Isart, Oriol, Home, Jonathan |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2017 |
| Předmět: | |
| Popis: | Throughout the last century, scientists have been trying to understand the peculiar behavior of microscopic objects such as electrons, atoms, ions, and molecules. This behavior is predicted by quantum mechanics. Especially surprising is that the laws of the quantum world contradict our expectations from classical mechanics. Therefore, it is a central question in quantum physics how the transition between these two regimes materializes. In this thesis, we address this fundamental question using a dielectric nanoparticle levitated in an optical focus in vacuum. This is a promising system for studying quantum mechanics with mesoscopic objects. We measure the internal temperature of this nanoparticle that fundamentally limits the lifetime of a quantum state of the center-of-mass motion. To do that, we study the dynamics of the particle's center-of-mass motion depending on the internal particle temperature. The second goal of this thesis is to perform a free-fall experiment with a levitated nanoparticle. This is a first step towards time-of-flight state tomography and quantum interferometry experiments with nanoparticles. By switching the optical trap off and back on, we achieve a repeatable free fall of the particle. We use this method to measure the initial energy of the particle motion before the free fall and demonstrate ultra-sensitive detection of static forces in the attonewton regime. Während des letzten Jahrhunderts haben Wissenschaftler versucht das sonderbare Verhalten von mikroskopischen Objekten, wie Elektronen, Atomen, Ionen und Molekülen zu verstehen. Dieses Verhalten wird durch die Quantenmechanik beschrieben. Besonders überraschend ist, dass die Gesetze der Quantenwelt unseren Erwartungen der klassischen Mechanik widersprechen. Daher ist eine zentrale Frage in der Quantenphysik, wie der Übergang zwischen den zwei Regimen zustande kommt. In dieser Arbeit adressieren wir diese fundamentale Frage unter Verwendung eines dielektrischen Nanopartikels, welches in einem optischen Fokus im Vakuum schwebt. Dies ist ein vielversprechendes System, um Quantenmechanik mit mesoskopischen Objekten zu untersuchen. Wir messen die interne Temperatur dieses Nanopartikels, welche die Lebensdauer eines Quantenzustandes der Schwerpunktsbewegung fundamental limitiert. Dafür studieren wir die Dynamik der Schwerpunktsbewegung des Partikels in Abhängigkeit von der internen Partikeltemperatur. Das zweite Ziel der Arbeit ist es, ein Freifallexperiment mit einem schwebenden Nanopartikel durchzuführen. Dies ist ein erster Schritt hin zu Flugzeit Zustandstomografie und Quanteninterferenzexperimenten mit Nanopartikeln. Durch Aus- und wieder Einschalten der optischen Falle realisieren wir einen wiederholbaren Freifall des Partikels. Wir nutzen diese Methode um die Anfangsenergie der Partikelbewegung zu messen und demonstrieren die ultrasensitive Detektion von statischen Kräften im Attonewton-Bereich. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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