KOALA - AG Nörtershäuser

KOALA

Kollineare Apparatur für Laserspektroskopie und angewandte Wissenschaften

Abbildung 1: Die KOALA-Apparatur im Untergeschoß des Institut für Kernphysik
Abbildung 1: Die KOALA-Apparatur im Untergeschoß des Institut für Kernphysik

Die KOALA-Apparatur (siehe Abb. 1) wurde zunächst für laserbasierte Präzisions-Hochspannungsmessungen konzipiert und bereits erfolgreich getestet. Künftig soll die Anlage aber auch für die hochpräzise Vermessung von Absolutfrequenzen atomarer optischer Übergänge zum Test atomphysikalischer Theorien und zur Bestimmung von Ladungsradien der Atomkerne leichter Elemente genutzt werden.

Abbildung 2: Schematische Darstellung der KOALA Apparatur
Abbildung 2: Schematische Darstellung der KOALA Apparatur

Durch die quasi-simultane Messung mit je einem Laser in kollinearer und antikollinearer Richtung (siehe Abb. 2) kann die Spannungsabhängigkeit im Zusammenhang zwischen Übergangsfrequenz f0 und Laserfrequenz

fLkoll = f0 (1 – β) γ bzw.
fLantikoll = f0 (1 + β) γ, mit γ=1/(1 – β2)1/2

bei Anregung mit nur einem Laser eliminiert werden und das Quadrat der Übergangsfrequenz ergibt sich direkt aus dem Produkt der beiden Laserfrequenzen:

fLkoll fLantikoll= f02(1- β2)/(1- β2)= f02.

Kombiniert mit einer hochpräzisen Messung der Laserfrequenzen mit einem optischen Frequenzkamm wurde an der bestehenden Apparatur im Rahmen von Messungen der Isotopieverschiebungen stabiler Bariumisotope mit dieser Methode bereits die genaueste Vermessung der D1-Linie des stabilen Bariumisotops 138Ba durchgeführt [1]. Diese Messungen dienten dazu, eine bei den stabilen Calcium-Isotopen erstmals beobachtete Diskrepanz zwischen theoretischer Vorhersagen und dem experimentellen Wert des Verhältnisses der Feldverschiebungs-Koeffizienten der Isotopieverschiebung [2] weiter zu untersuchen.

In einer zukünftigen Ausbaustufe soll die Apparatur um eine Elektronenstrahl-Ionenquelle (EBIS) [3] erweitert werden, welche dann hochgeladene Ionen verschiedenster Elemente, darunter auch Metalle, zur Verfügung stellen und damit experimentelle Tests atomphysikalischer ab-initio Theorien und die Bestimmung absoluter Kernladungsradien ermöglichen wird.

[1] P. Imgram, Master Thesis, TU Darmstadt (2018), Artikel in Vorbereitung
[2] C. Shi et al., Applied Physics B 123, 2 (2016)
[3] http://www.dreebit-ibt.com/ion-sources.html