Der Fokus dieser Arbeit liegt auf exotischen Zuständen von Edelgasatomen, insbesondere metastabilem Neon (Ne*) und Bor-ähnlichen Argonionen (Ar13+): Während ersteres durch seine hohe interne Energie im Vergleich zur niedrigen kinetischen Energie außergewöhnliche Stoßeigenschaften aufzeigt, lässt sich durch Bestimmung des magnetischen Moments gebundener Elektronen in hoch geladenen Ionen, wie Ar13+, die Quantenelektrodynamik präzise überprüfen. Diese extremen Zustände von Atomen können mit Methoden der Laserspektroskopie untersucht werden und erlauben tiefe Einblicke in aktuelle physikalische Fragestellungen.

Das magnetische Moment gebundener Elektronen in Ar13+ soll über die im Magnetfeld einer Penningfalle energetisch-aufgespaltenen Zeeman-Unterzustände des optischen Feinstrukturübergangs 2P1/2 - 2P3/2 bei 441 nm bestimmt werden. Hierzu wird der Übergang mittels Mikrowellen- und Fluoreszenz-Laserspektroskopie untersucht. Diese Arbeit beschäftigt sich im ersten Teil mit der Entwicklung eines Lasersystems für die Spektroskopie von Ar13+ und Tellur 130Te2. Unter Verwendung einer Polarisationsstabilisierung wurde ein einfrequenter Diodenlaser mit einer hoher Langzeitstabilität von bis zu zwei Tagen entwickelt. Mit einer Doppler-freien 130Te2-Spektroskopie wurden sechs Linien in der Nähe der Ar13+-Übergänge mit einer absoluten Frequenzgenauigkeit von 2,2 MHz bestimmt. Eine erste Charakterisierung der Fluoreszenzspektroskopie von Ar13+ in der Penningfalle wurde mit Dunkelmessungen ohne Ionen durchgeführt. Das dabei auftretende Untergrundsignal konnte durch Optimierungen des Aufbaus um drei Größenordnungen reduziert werden. Damit steht das Lasersystem für Experimente an Ionen bereit.

Der zweite Teil dieser Arbeit untersucht die Zweikörper-Stoßwechselwirkung ultrakalter Ne*-Atome. Bei inelastischen Stößen zwischen Ne*-Atomen kommt es zum Teilchenverlust durch Penning- oder assoziativer Ionisation. Der effiziente Nachweis der dabei entstehenden Ionen erlaubt die Bestimmung der Stoßrate. Zur Untersuchung dieser Prozesse wird eine Atomwolke durch Laserkühlung in einer Magnetfalle bei 350 µK präpariert. Die Bestimmung der inelastischen Stoßrate in Abhängigkeit der relativen Kollisionsenergie im Bereich zwischen 20 µK und 350 µK bestätigt die theoretisch vorhergesagte, temperaturunabhängige Rate für 20Ne und 22Ne in Mischungen der Zeeman-Unterzustände mJ = +2 und mJ = +1. Des Weiteren wurde der Einfluss externer Magnetfelder auf die Stoßrate gemessen. Hier wurde bei Feldern bis 120 G eine Unterdrückung der Stoßrate um einen Faktor 5,6 für 22Ne nachgewiesen. Außerdem wurde die sogenannte δ-Stoßkühlung, eine Methode zur Manipulation des Phasenraumvolumens kalter Atomwolken, mit Hilfe der Magnetfalle realisiert. Damit ließ sich die Impulsverteilung der Wolke über einen Bereich variieren, welcher einer effektiven Temperatur von 10 µK und 460 µK entspricht.