Collisional losses, decoherence, and frequency shifts in optical lattice clocks with bosons

We have quantified collisional losses, decoherence and the collision shift in a one-dimensional optical lattice clock with bosonic 88Sr. The lattice clock is referenced to the highly forbidden transition 1S0 - 3P0 at 698 nm, which becomes weakly allowed due to state mixing in a homogeneous magnetic field. We were able to quantify three decoherence coefficients, which are due to dephasing collisions, inelastic collisions between atoms in the upper and lower clock state, and atoms in the upper clock state only. Based on the measured coefficients, we determine the operation parameters at which a 1D-lattice clock with 88Sr shows no degradation due to collisions on the relative accuracy level of 10-16.Comment: 4 pages, 3 figure

Cytochrom c-basierter Superoxidsensor in organischen Medien

Das Superoxid-Radikal O2- ist wegen seiner toxischen Wirkung in der Medizin von grossem Interesse. Es hat sich ausserdem als geeignetes Modellsystem zur Untersuchung von Radikal-Scavengern bewährt. Der untersuchte Sensor besteht aus an einer Goldelektrode kovalent immobilisiertem Cytochrom c und kann amperometrisch zur Bestimmung der Konzentration von Superoxid-Radikalen verwendet werden. Dies ermöglicht, die antioxidative Wirkung von Substanzen nachzuweisen, welche Superoxid-Ionen abfangen und somit die Superoxid-Konzentration im Medium verringern. Die Methode ist in rein wässrigen Systemen etabliert. Dies limitiert allerdings die Anwendung auf hydrophile Substanzen. Der Sensor kann somit nicht für die Charakterisierung der Vielzahl von antioxidativ wirksamen hydrophoben Naturprodukten, wie etwa Vitaminen, und der Bestimmung der Effektivität von kosmetischen Produkten auf Creme-Basis mit verschiedenen antioxidativen Beigaben angewendet werden. Insbesondere die Bestimmung der Gesamt-Effektivität von kosmetischen Produkten mit verschiedenen antioxidativen Zusätzen ist hier von grossem Interesse. Um diese Beschränkung aufzuheben und somit die Anwendungsbreite des Sensors erheblich zu erweitern, werden in der vorliegenden Arbeit die Elektrochemie von kovalent immobilisiertem Cytochrom c und das Detektionsverhalten des Sensors in nicht rein wässrigen Lösungen, d.h. in verschiedenen organischen Lösungsmitteln sowie Gemischen dieser Lösungsmittel mit wässrigem Puffer, untersucht. Im etablierten Sensor wird das Cytochrom c mittels des Linkers Mercaptoundecansäure kovalent an einer Goldelektrode immobilisiert. Dessen Schwefel-Gruppe bindet an die Oberfläche der Goldelektrode; die Säurefunktion wird an Lysin-Reste des Cytochrom c kovalent gebunden

Wavelength dependent ac-Stark shift of the 1S0 - 3P1 transition at 657 nm in Ca

We have measured the ac-Stark shift of the 4s2 1S0 - 4s4p 3P1 line in 40Ca for perturbing laser wavelengths between 780 nm and 1064 nm with a time domain Ramsey-Borde atom interferometer. We found a zero crossing of the shift for the mS = 0 - mP = 0 transition and \sigma polarized perturbation at 800.8(22) nm. The data was analyzed by a model deriving the energy shift from known transition wavelengths and strengths. To fit our data, we adjusted the Einstein A coefficients of the 4s3d 3D - 4s4p 3P and 4s5s 3S - 4s4p 3P fine structure multiplets. With these we can predict vanishing ac-Stark shifts for the 1S0 m = 0 - 3P1 m = 1 transition and \sigma- light at 983(12) nm and at 735.5(20) nm for the transition to the 3P0 level.Comment: 8 pages, 5 figures, 2 table

Hyper-Ramsey Spectroscopy of Optical Clock Transitions

We present non-standard optical Ramsey schemes that use pulses individually tailored in duration, phase, and frequency to cancel spurious frequency shifts related to the excitation itself. In particular, the field shifts and their uncertainties of Ramsey fringes can be radically suppressed (by 2-4 orders of magnitude) in comparison with the usual Ramsey method (using two equal pulses) as well as with single-pulse Rabi spectroscopy. Atom interferometers and optical clocks based on two-photon transitions, heavily forbidden transitions, or magnetically induced spectroscopy could significantly benefit from this method. In the latter case these frequency shifts can be suppressed considerably below a fractional level of 10^{-17}. Moreover, our approach opens the door for the high-precision optical clocks based on direct frequency comb spectroscopy.Comment: 5 pages, 4 figure

Interrogation laser for a strontium lattice clock

We report on the setup and characterization of a 698 nm master-slave diode laser system to probe the 1S0-3P0 clock transition of strontium atoms confined in a one-dimensional optical lattice. A linewidth in the order of around 100 Hz of the laser system has been measured with respect to an ultrastable 657 nm diode laser with 1 Hz linewidth using a femtosecond fiber comb as transfer oscillator. The laser has been used to measure the magnetically induced 1S0-3P0 clock transition in 88Sr where a linewidth of 165 Hz has been observed. The transfer oscillator method provides a virtual beat signal between the two diode lasers that has been used to phase lock the 698 nm laser to the 1 Hz linewidth laser at 657 nm, transferring its stability to the 698 nm laser system.Comment: 5 pages, 7 figures, to be published in "IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Special Issue CPEM 2008

Absolute frequency measurement of the magnesium intercombination transition 1S0→3P1^1S_0 \to ^3P_1

We report on a frequency measurement of the $(3s^2)^1S_0\to(3s3p)^3P_1$ clock transition of $^{24}$Mg on a thermal atomic beam. The intercombination transition has been referenced to a portable primary Cs frequency standard with the help of a femtosecond fiber laser frequency comb. The achieved uncertainty is $2.5\times10^{-12}$ which corresponds to an increase in accuracy of six orders of magnitude compared to previous results. The measured frequency value permits the calculation of several other optical transitions from $^1S_0$ to the $^3P_J$-level system for $^{24}$Mg, $^{25}$Mg and $^{26}$Mg. We describe in detail the components of our optical frequency standard like the stabilized spectroscopy laser, the atomic beam apparatus used for Ramsey-Bord\'e interferometry and the frequency comb generator and discuss the uncertainty contributions to our measurement including the first and second order Doppler effect. An upper limit of $3\times10^{-13}$ in one second for the short term instability of our optical frequency standard was determined by comparison with a GPS disciplined quartz oscillator.Comment: 8 pages, 8 figure

Long range transport of ultra cold atoms in a far-detuned 1D optical lattice

We present a novel method to transport ultra cold atoms in a focused optical lattice over macroscopic distances of many Rayleigh ranges. With this method ultra cold atoms were transported over 5 cm in 250 ms without significant atom loss or heating. By translating the interference pattern together with the beam geometry the trap parameters are maintained over the full transport range. Thus, the presented method is well suited for tightly focused optical lattices that have sufficient trap depth only close to the focus. Tight focusing is usually required for far-detuned optical traps or traps that require high laser intensity for other reasons. The transport time is short and thus compatible with the operation of an optical lattice clock in which atoms are probed in a well designed environment spatially separated from the preparation and detection region.Comment: 14 pages, 6 figure

Nutzung von Nukleinsäure-Protein-Wechselwirkungen für die Wirkanalytik von reaktiven Species

Reaktive Species wie Superoxid, Stickstoffmonoxid oder Peroxynitrit sind in eine Vielzahl pathophysiologischer Situationen wie z.B. das Reperfusionssyndrom involviert. Besonders hohe Konzentrationen treten auf, wenn das antioxidative Abwehrsystem nicht mehr in der Lage ist, den Radikalanstieg abzufangen. Die biomedizinische Forschung hat sich auf die Mechanismen der Freisetzung dieser Species unter unterschiedlichen Streßbedingungen fokussiert. Aus diesem Grund sind verschiedene analytische Meßmethoden für den Nachweis entwickelt worden. Sensorische Methoden bieten den Vorteil einer räumlich und zeitlich aufgelösten Analyse der Einzelteilchen. Jedoch gibt es beträchtliche Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen reaktiven Species, was die Aussagefähigkeit von Einzelmessungen in komplexen Situationen einschränkt. Hier erscheint ein Summenparameter für die Radikalwirkung im Sinne einer Wirkanalytik aussagekräftiger. Das ‘iron regulatory protein 1’ (IRP1) kann als ein solches Markerprotein betrachtet werden, dessen Konzentration Aufschluß über den zellulären Streßlevel gibt. Das Protein wird unter der Wirkung von oxidativem Streß aus dem 4Fe-4S-Enzym cytosolische Aconitase gebildet. Das entstandene IRP1 zeigt im Gegensatz zur Aconitase eine ausgeprägte Bindungsaffinität zu spezifischen m-RNA-Strukturen - den sogenannten ‘iron responsive elements’ - IREs. Dieses Verhalten kann als Grundlage für die sensorische Detektion des Markerproteins genutzt werden. In dem hier vorzustellenden experimentellen Ansatz wurde die Proteinbindung mit Hilfe der Oberflächenplasmonresonanz detektiert. Hierzu wurde eine IRE-Konsensus-Sequenz in vitro transkribiert und anschließend auf einem Carboxydextran–modifizierten Biacore-Chip immobilisiert. Eine relativ hohe Oberflächenbelegung (2000 RU /mm2) wurde sichergestellt