Arbeitsgruppe Wilfried Nörtershäuser
Experimentelle Atom- und Kernphysik radioaktiver Nuklide

Messungen an leichten hochgeladenen Ionen

Abb. 1: Die Elektronenstrahl-Ionenquelle zur Erzeugung hochgeladener Ionen an der KOALA Apparatur
Abb. 1: Die Elektronenstrahl-Ionenquelle zur Erzeugung hochgeladener Ionen an der KOALA Apparatur

Im September 2022 wurde die KOALA Apparatur um eine Elektronenstrahl-Ionenquelle (EBIS, Abb. 1) [1] erweitert, die uns hochgeladene Ionen verschiedenster Elemente liefern kann. Damit wollen wir zunächst heliumartige Ionen von Beryllium bis Stickstoff untersuchen. Laserspektroskopie kann an den 1s2s3S1 -> 1s2p3PJ Übergängen durchgeführt werden, wobei der metastabile Triplett-Ausgangszustand Lebensdauern von einigen Sekunden bis wenigen Millisekunden für die avisierten Spezies aufweist.

Präzisionsmessungen der Übergänge erlauben zunächst Tests nichtrelativistischer ab initio QED Berechnungen und werden – mit deren einhergehender Verbesserung – in Zukunft die Bestimmung von Kernladungsradien, allein auf optischen Messungen basierend, ermöglichen. Erste Messungen werden gegenwärtig an Kohlenstoffionen durchgeführt. Dies ist ein idealer Testkandidat, da der Kernladungsradius sehr genau bekannt ist und daher die theoretischen Berechnungen der Übergänge sehr genau geprüft werden können.

Natürlich kann man auch hier den üblichen Ansatz wählen, wie er früher schon für Helium-, Lithium- und Boratome [2] sowie und einfach geladene Berylliumionen verwendet wurde (Übersichtsartikel [3]): Dazu wird der Masseneffekt theoretisch berechnet, die Isotopieverschiebung gemessen und der Kernvolumeneffekt als Differenz der beiden Größen bestimmt. Daraus erhält man die Änderung des Kernladungsradius zwischen den Isotopen. Für Kohlenstoff kann man mit dieser Methode dann sehr präzise den Ladungsradius von Kohlenstoff-13 bestimmen und mit den Ergebnissen muonischer Messungen vergleichen.

[1] www.dreebit-ibt.com/ion-sources.html

[2] B. Maaß et al., Phys. Rev. Lett. 122, 182501 (2019)

[3] Z.-T. Lu et al., Rev. Mod. Phys. 85, 1383 – 1400 (2013)