Angebote Abschlussarbeiten B.Sc./M.Sc.
B.Sc. Themen:
Wir haben zahlreiche B.Sc. Themen, die zur Auswahl stehen - in der Regel geht es um Experimentkomponenten zum Thema Laserspektroskopie, die unsere wissenschaftlicehn Projekte weiterentwickeln sollen. Es sind z.B. Tieftemperaturaufbauten, Experimentsteuerungsmodule, Erprobung neuer Laser, u.Ä.
Die Themen werden i.d.R. konkretisiert, wenn von Seiten des interessierten Studierenden der genaue Zeitpunkt des Beginns der Arbeit im Labor klar ist.
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Identifikation einer unbekannten Molekülspezies mittels Bildanalyse
(Ansprechpartner: C. Wellers)
In einer Teilchenfalle soll ein einzelnes Wasserstoffmolekülion (unsichtbar) neben einem Berylliumion (sichtbar) untersucht werden. Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, das erfolgreiche Laden eines solchen Ions mit Hilfe einer CCD-Kamera und anschließender Bildanalyse zu verifizieren. Hierzu soll die Schwingung des 2-Ionensystems resonant angeregt und beobachtet werden. Voraussichtlicher Inhalt:
- Präparation eines Zwei-Ionensystems in der Teilchenfalle
- Ermittlung der Resonanzfrequenz des Ionensystems mit der CCD-Kamera
- Theoretische Analyse der zu erwartenden Frequenzen als Funktion der Masse des zweiten Ions
- Optimierung und Bewertung der Methode
Programmierkenntnisse sind von Vorteil, aber keine Voraussetzung.
Quantenkaskadenlaser für die molekulare Zustandspräparation
(Ansprechpartner: C. Wellers)
Ein molekulares Wasserstoffion wird in einer Teilchenfalle untersucht und muss hierfür in einen geeigneten Rotations- und Vibrationszustand präpariert werden; dies ist eine sog. „Rotationskühlung“. Das Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, die Wellenlänge eines Quantenkaskadenlasers (engl. Quantum Cascade Laser, QCL) zu stabilisieren. Dazu wird Spektroskopie an einem Referenzgases (Ammoniak) durchgeführt. Weiterhin soll der Laserstrahl in die Fallenapparatur eingekoppelt werden, um das Wasserstoff-Ion zu bestrahlen. Der Kühleffekt soll nachgewiesen werden. Voraussichtlicher Inhalt:
- Absorptionsspektroskopie an Ammoniak-Gas
- Präparation eines Be-HD+ Ionensystems in der Teilchenfalle
- Einkopplung des QCLs - Strahls in die Fallenapparatur
- Nachweis der Rotationskühlung
- Optimierung und Bewertung der Methode
M.Sc. Themen:
Theoretisches Thema:
Hochauflösende Laserspektroskopie in einer Penning-Falle
(Ansprechpartner: S. Schiller)
Die Theorie der Laserspektroskopie in einer Penningfalle soll entwickelt werden. Dies ist ein neues Forschungsthema, auf dem wir kurz davor stehen, die ersten Experimente durchzuführen. Hierzu läuft eine Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Wir erwarten, dass das Thema in der weiteren Zukunft von großer Bedeutung sein wird. Daher wollen wir die theoretischen Grundlagen erarbeiten, sowie Simulationen durchführen, die den weiteren Experimenten den Weg weisen sollen. Die theoretischen Forschung wird in Zusammenarbeit mit Frau Prof. G. Morigi (Univ. des Saarlandes) entwickelt; außerdem gibt es vielfältige Möglichkeiten mit Experimentalphysikern zu diskutieren und Ideen zu entwickeln, auch mit Prof. S. Ulmer und Dr. C. Smorra von unserem Institut.
Experimentelle Themen:
Untersuchungen an einer optischen Atomuhr für Experimente mit der Internationalen Raumstation ISS
(Ansprechpartner: S. Schiller, C.-J. Kwong, V. Vogt)
Im Rahmen einer Forschungsgruppe der Deutschen Forschungsgemeinschaft sind wir das zentrale Team, das eine optische Atomuhr entwickeln und in der Fundamentalstation Wettzell (Bayern) installieren und betreiben soll. Damit wollen wir erstmals weltweit den Vergleich zweier entfernter optischer Atomuhren über einen Satelliten als Transponder demonstrieren. Der Satellit ist die ISS, der Transponder stellt Mikrowellen- und optische Übertragungsstrecken zur Verfügung. Der Transponder ist Teil des Experiments ACES. Die ACES-Hardware wird Anfang 2025 zur ISS "geschossen".
An unserer Atomuhr entwickeln wir einen speziellen Laser mit ultrastabiler Frequenz, der ultrakalte Atome in einem optischen Gitter abfrägt. Für die Charakterisierung, Installation, und Betrieb dieses Lasers sowie Spektroskopie und Datenauswertung vergeben wir eine erste M.Sc. Arbeit. Für die Optimierung, den Abbau und Wiederaufbau der Apparatur und Messungen in Wettzell vergeben wir eine zweite M.Sc. Arbeit.
Die Arbeiten liessen sich später im Rahmen einer Promotion weiterführen und erweitern.
Resonante Schwingungsanregung eines Beryllium-Ions in einer Teilchenfalle mittels optischer Dipolkraft
(Ansprechpartner: C. Wellers)
In einer Teilchenfalle wird ein Berylliumion gespeichert. Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, die Wirkung einer optischen Dipolkraft auf das Ion zu untersuchen. Diese Kraft soll durch einen fokussierten Laserstrahl geeigneter Frequenz erzeugt werden. Dabei soll der Frage nachgegangen werden, ob das Ion resonant zu Schwingungen im harmonischen Fallenpotential angeregt werden kann und ob diese groß genug für eine Detektion sind. Ein entsprechender Aufbau soll erstellt und optimiert werden.
Echtzeit-Kontrolle eines Quantentechnologie-Experiments
(Ansprechpartner: C. Wellers)
Moderne Ionenfallenexperimente benötigen eine schnelle und präzise Steuerung aller Komponenten: Laser, Schalter, Radiofrequenzquellen, usw. Ziel dieser Abschlussarbeit ist die Migration der aktuellen Labview-Experimentsteuerung an unserer Ionenfalle II auf ein ARTIQ-System (Advanced Real-Time Infrastructure for Quantum physics).
Die Funktion der neuen Steuerung soll getestet und optimiert werden. Dabei soll erreicht werden, dass das Gesamtsystem verlässlich und über viele Stunden störungsfrei läuft. Daten zur Spektroskopie an einem gespeicherten Molekül sollen gesammelt und analysiert werden. (Programmierkenntnisse werden benötigt.)
Die Arbeit liess sich später im Rahmen einer Promotion weiterführen und erweitern.
Rotationsspektrokopie von HD+ - Molekülionen.
(Ansprechpartner S. Alighanbari)
Präzisionsspektroskopie am HD+-Molekülion ermöglicht die hochgenaue Bestimmung des Verhältnisses zweier wichtiger Konstanten der Physik: die Masse des Elektrons und die Masse des Protons. Wir haben bereits die Rotationsspektroskopie durchgeführt (Alighanbari et al 2020). Jetzt wollen wir die Genauigkeit erhöhen. Dazu sollen mehrere Hyperfeinkomponenten neu vermessen werden, und insbesondere die systematischen Effekte untersucht werden. Diese M.Sc. Arbeit bietet die Möglichkeit, über Molekülphysik, relativistische Physik, Vakuumtechnik, Radiofrequenztechnik, Datenauswertung, Dateninterpretation zu lernen.
Die Arbeit liesse sich später im Rahmen einer Promotion weiterführen und erweitern.
Eine neuartige Apparatur zum Nachweis von dunkler Materie mittels Spektroskopie
(Ansprechpartner R. Oswald)
Dunkler Materie ist die dominante Form von Materie im Universum. Wir versuchen, sie im Labor zu detektieren. Unser Arbeitsansatz ist, dass die DM ultraleicht ist, und somit wie ein quantenmechanisches Feld wirkt, welches oszilliert. Es koppelt an Fundamentalkonstanten und lässt sie ebenso oszillieren. Wir haben bereits zwei Apparaturen aufgebaut, die nach diesen Oszillationen suchen. Jetzt wollen wir eine weitere entwickeln, die eine höhere Empfindlichkeit verspricht. Sie basiert auf einer optischen Faser, in der ein Molekülgas eingefangen ist. Dieses wird mit einem ultrastabilen Laser spektroskopiert.
Diese M.Sc. Arbeit bietet die Möglichkeit, über Molekülphysik, Laserspektroskopie, hochempfindliche Elektronik, Radiofrequenztechnik, Datenauswertung, Dateninterpretation zu lernen.
Die Arbeit liesse sich später im Rahmen einer Promotion weiterführen und erweitern.