Antiwasserstoffatome werden durch Ladungsaustausch oder Drei-Körper-Rekombination für CPT-Symmetrietests und Gravitationsmessungen mit Antimaterie am Antiprotonen-Entschleuniger des CERN synthetisiert. Während die Atome in einer Verteilung hochangeregter Rydberg-Zustände erzeugt werden, sind Experimente auf Antiwasserstoff im Grundzustand angewiesen. Dieser wird derzeit lediglich durch spontane Emission bevölkert. Aufgrund der Lebensdauer der Zustände in der Größenordnung von Millisekunden ist der Zerfall in den Grundzustand langsam.

Magnetische Fallen ermöglichen es, den produzierten Antiwasserstoff einzuschließen. Hier zerfallen Atome durch spontane Emission entlang des Fallenpotentials in den Grundzustand und Spektroskopiemessungen können innerhalb der Falle durchgeführt werden. Für Atome im Grundzustand liegen typische Fallentiefen bei Temperaturen von etwa 500mK. Die Temperaturen nach der Antiwasserstoff-Synthese betragen aktuell jedoch etwa 40K. Aufgrund dieser Diskrepanz liegt die derzeitige Effizienz mit der Antiwasserstoffatome in Fallen eingeschlossen werden können bei lediglich 0.01%.

Alternativ besteht die Möglichkeit die synthetisierten Atome in einem Strahl aus der Produktionsfalle zu extrahieren, was nahezu feldfreie Messungen ermöglicht. Bei den gegebenen Geschwindigkeiten ist der Zerfall der Rydbergzustände in den Grundzustand jedoch so langsam, dass durch spontane Emission selbst entlang eines mehrere Meter langen Strahlwegs keine signifikante Population des Grundzustands möglich ist. Darüber hinaus würde eine effiziente Strahlherstellung Antiwasserstoff im Grundzustand nahe der Produktionsfallen erfordern.

Diese Arbeit befasst sich folglich mit der kontrollierten Manipulation von Rydberg-Atomen, um ihren Zerfall in den Grundzustand gezielt zu stimulieren. Die anfängliche Verteilung von Rydberg-Niveaus wird durch gepulste elektrische Felder, die zusätzlich zu dem bereits vorhandenen magnetischen Feld in der Produktionsfalle eingebracht werden, gemischt. Eine Alternative besteht darin, Zustandsmischung mit Licht im THz- und Mikrowellen-Frequenzbereich zu erreichen. In beiden Fällen können Laser eingesetzt werden, um sehr effizient Übergänge zu stark gebundenen Atomniveaus zu stimulieren, die innerhalb von wenigen Nanosekunden in den Grundzustand zerfallen.

Während einer Drei-Körper-Rekombination erlaubt der Einsatz von Lasern den Übergang von Positronen in einen gebundenen Zustand von Antiprotonen durch stimulierte Rekombination zu verstärken. Dieser Ansatz ist mit den entwickelten Techniken zur Abregung gebundener Niveaus kombinierbar. In Fallenexperimenten ermöglicht die Abregung innerhalb eines Feldgradienten außerdem Antiwasserstoff zu kühlen, um folglich den Anteil einfangbarer Atome zu erhöhen.

Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der experimentellen Umsetzung der zuvor theoretisch untersuchten Methoden. Es werden Abregungslichtquellen getestet und ein angeregter Wasserstoff-Strahl für eine Machbarkeitsstudie konzeptioniert, aufgebaut und in Betrieb genommen. Verschiedene Verfahren zur Erzeugung von Rydberg-Zuständen werden diskutiert und experimentell ergründet. Die Bildung von hoch angeregten Zuständen in einem Wasserstoffplasma wird untersucht. Zur optischen Anregung von Rydberg-Niveaus in Wasserstoff wird ein Laser entwickelt.