Stellen und Abschlussarbeiten - AG Nörtershäuser

Offene Stellen

Für unsere Laserspektroskopie-Experimente an der TU Darmstadt, den Speicherringen und Fallenanlagen der GSI Darmstadt, an ISOLDE am CERN und in Argonne (USA) suchen wir jederzeit motivierte Mitarbeiter, die sich im Rahmen von Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten an unserer Forschung beteiligen wollen. Auch Miniforschungsprojekte schlagen wir auf Nachfrage gerne vor. Eine kleine Einstimmung gibt es hier.

Die erfolgreich in unserer Arbeitsgruppe abgeschlossenen wissenschaftlichen Arbeiten finden Sie hier.
Den Vortrag aus der Attraktiven Physik im WS 17/18 finden Sie hier: pdf, 1.16 MB

Miniforschung

Auf Nachfrage versuchen wir gerne, Sie in unsere aktuelle Forschung einzubinden. Wir bieten eine Vielzahl unterschiedlicher Projekte an, die auch kurzfristig verfügbar sind.
Ansprechpartner:
Schwerpunkt Optik: Felix Sommer –
Schwerpunkt Atomphysik: Kristian König –
Schwerpunkt Kernphysik: Bernhard Maaß –
sowie alle weiteren Mitglieder der Arbeitsgruppe.

Bachelorarbeiten

Optisches Pumpen in den Hyperfeinübergängen von Indiumionen

Projekt: ALIVE

Ziel: Durch optisches Pumpen der magnetischen Unterzustände der Hyperfeinstruktur von In+ können Hell- und Dunkelzustände generiert werden. Diese können genutzt werden, um bestimmte Ionenklassen zu markieren. Eine solche Manipulation der Zustände erlaubt eine genauere Messung der Übergangsfrequenzen und ist außerdem essentiell für laserbasierte Hochspannungsmessungen. Aufgrund der drei Hyperfeinniveaus im angeregten 3P1 Zustand gibt es verschiedene Anregungsschemata, die im Rahmen einer Bachelorarbeit getestet und bewertet werden können.

Techniken: kollineare Laserspektroskopie mit Fluoreszenznachweis, optisches Pumpen, Ti:Sa Laser mit Frequenzverdopplung

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, ), Kristian König (S2|14 411, )

Laser-Polarisationskontrolle am CRYRING

Projekt: CRYRING (GSI)

Ziel: Am Ionenspeicherring CRYRING an der GSI befindet sich ein Experiment im Aufbau, bei dem die Polarisation eines 24Mg+-Ionenstrahls durch optisches Pumpen untersucht werden soll. Um effektive Pumpraten zu realisieren, ist die Polarisationskontrolle des Lasers von entscheidender Bedeutung. Da während einer Strahlzeit kein direkter Zugang zu dem Speicherring möglich ist, aber gegebenenfalls eine Modifikation der Laser-Polarisation nötig sein kann, soll im Rahmen einer Bachelorarbeit ein Device zur Bestimmung derselben entwickelt werden, das vom Laserlabor aus kontrolliert werden kann.

Techniken: Polarisationsanalyse, Python, Gerätekommunikation, Optische Spektroskopie

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Konstantin Mohr (GSI, )

Produktion von Lithium Ionen in einer Electron-Beam-Ion-Source (EBIS)

Projekt: HITRAP, SpecTrap (GSI)

Ziel: Die an der HITRAP Anlage vorhandene EBIS kann leichte bis mittelschwere Ionen mit hoher Ladung erzeugen. Dafür müssen die gewünschten Elemente gasförmig zur Ionisationskammer geleitet werden, was die Auswahl der verfügbaren Elemente einschränkt. Durch eine MIVOC Erweiterung der Quelle, die im Rahmen eine Bachelorarbeit realisiert wurde, können nun auch Feststoffe mit Dampfdruck (z.B. Metallocene) verwendet werden, was das Spektrum verfügbarer Ionen immens erweitert und neue experimentelle Perspektiven bietet. Ein interessanter Kandidat ist u.a. Li+. Dessen Produktion soll erprobt und die erzielbaren Raten bestimmt werden.

Techniken: Ionenquellen, Vakuumtechnik, Ionenoptik, Ionennachweis

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Kristian König (S2|14 411, )

Aufbau eines Frequenzkammes im Freistrahlbetrieb zur Vermessung von Helium-Neon-Lasern

Projekt: ALIVE

Ziel: Stabilisierte Helium-Neon-Laser werden häufig als Referenz für andere Lasersysteme verwendet. Um genaue Kalibrationen durchführen zu können, muss deren Frequenz möglichst genau bekannt sein. Um Absolutfrequenzen im optischen Bereich mit höchster Genauigkeit zu bestimmen eignen sich Frequenzkämme, für deren Entwicklung es 2005 den Nobelpreis gab. Der verfügbare Frequenzkamm, der zurzeit fasergekoppelt im Infrarotbereich betrieben wird, soll um eine Freistrahl-Variante erweitert werden, um auch die Frequenz des HeNe direkt bestimmen zu können.

Techniken: Helium-Neon-Laser, optischer Frequenzkamm, Wavemeter

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, ), Kristian König (S2|14 411, ) und Phillip Imgram (S2|14 411, )

Aufbau einer stabilen Referenz Kavität zur Stabilisierung eines Ti:Sa-Lasers

Quelle: http://stablelasers.com
Quelle: http://stablelasers.com

Projekt: KOALA / ALIVE

Ziel: Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Referenz Kavität im Stil eines Fabry-Perot-Interferometers aufgebaut werden, um diese anschließend zur Frequenzstabilisierung eines Titan:Saphir-Lasers zu verwenden. Hierbei muss ein passendes Design gewählt werden, sodass äußere Einflüsse auf den freien Spektralbereich der Kavität möglichst gering sind, um eine hohe Frequenzstabilität zu gewährleisten.

Techniken: Frequenzstabilisierung, Mess- und Regelungstechnik, Ti:Sa Laser, Frequenzkamm

Ansprechpartner: Phillip Imgram (S2|14 501, ), Kristian König (S2|14 411, )

Entwicklung einer universellen Elektronenstoß-Ionenquelle

Projekt: BOR8

Ziel: Mithilfe von Elektronenstößen lassen sich Atome ionisieren. Dies kann man sich als Ionenquelle zunutze machen, indem man Elektronen von einem heißen Wolframdraht auf ein Gasgemisch beschleunigt, und dann mit Hilfe geeigneter elektrostatischer Optik die entstandenen Ionen extrahiert. An Stelle des Gasgemisches können auch Metall- oder andere Atome aus einem Ofen verdampft werden.
Solche universellen Ionenquellen sind äußerst hilfreich für die Laserspektroskopie, um offline Referenzmessungen durchführen zu können. Für das BOR8-Projekt wird eine Bor-Ionenquelle benötigt, welche dann in Chicago am Experiment eingesetzt werden kann. In dieser Arbeit soll eine Bor-Quelle entwickelt, simuliert, gebaut und für den Einsatz getestet werden.

Techniken: Konstruktion, Simulation, Ionenoptik, Ionennachweis

Ansprechpartner: Bernhard Maaß (TUD, S214|411, ), Felix Sommer (S2|14 411, )

Vermessung der Ionentransmission durch Nanometer-dünne Karbonfolien

Ziel: Für laserspektroskopische Experimente ist der Ladungszustand der untersuchten Ionen und Atome von großer Bedeutung. Beim Durchgang durch Materie verändern Teilchen ihren Ladungszustand, erfahren aber auch Energieverlust und Ablenkung. Außerdem werden Moleküle aufgebrochen, was beispielsweise für das BOR8-Projekt in Chicago erstrebenswert ist.
Für die Transmissionselektronenspektroskopie werden bereits serienmäßig Karbon- und Graphen- Folien mit Dicken von unter einem Nanometer angeboten. Diese transmittieren den Teilchenstrahl selbst bei geringen, elektrostatischen Strahlenergien von wenigen keV und sind somit für die Laserspektroskopie interessant.
Ziel der Bachelor-Arbeit ist die Erweiterung eines bestehenden Aufbaus zum Vermessen solcher ultra-dünnen Folien an der GSI-EBIT, und dessen Einsatz mit verschiedenen Ionenstrahlen und Foliendicken.

Techniken: Vakuumtechnik, Ionenoptik, Strahlanalyse, Messtechnik, Auswertung

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Bernhard Maaß (TUD, S214|411, )

Aufbau eines auf eine Iodzelle frequenzstabilisierten Diodenlasers

Ziel: Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Diodenlaser aufgebaut und auf eine externe Iodzelle stabilisiert werden. Dieser kann direkt für Hochpräzisionsexperimente eingesetzt werden oder als stabile Frequenzreferenz für einen anderen Laser dienen, der mittels Beat-Offset-Lock auf diesen Diodenlaser frequenzstabilisiert wird.

Techniken: Diodenlaser, Mess- und Regelungstechnik, Frequenzstabilisierung, hochpräzise Spektroskopie

Ansprechpartner:Dr. Stefan Schmidt (), Felix Sommer (S2|14 411, ), Tim Ratajczyk (S2|14 411, )

Aufbau eines Diodenlasers für die Frequenzstabilisierung auf eine Rubidiumzelle

Ziel: Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Diodenlaser aufgebaut werden und im Anschluss auf eine externe Rubidiumzelle stabilisert werden. Der stabilisierte Diodenlaser kann direkt für Hochpräzisionsexperimente eingesetzt werden oder als stabile Frequenzreferenz für einen anderen Laser dienen, der mittels Beat-Offset-Lock auf diesen Diodenlaser frequenzstabilisiert wird.

Techniken: Diodenlaser, Mess- und Regelungstechnik, Frequenzstabilisierung, hochpräzise Spektroskopie

Ansprechpartner: Felix Sommer (S2|14 411, ), Tim Ratajczyk (S2|14 411, ), Dr. Rodolfo Sanchez (GSI SB3 2.265a, )

Masterarbeiten

Speichern und Kühlen hochgeladener Ionen in HITRAP

Projekt: HITRAP (GSI)

Ziel: HITRAP ist eine Ionenfallenanlage, gebaut zum Einfang und Kühlen hochgeladener Ionen (HCI) am GSI-Beschleunigerkomplex. An der HITRAP Anlage werden schwere, hochgeladene Ionen bei niedrigen Temperaturen verfügbar sein.
Im Rahmen einer Masterarbeit wurde eine neue Kühlfalle etabliert. Hiermit ist es gelungen, Ionen über einen Zeitraum von mehreren Sekunden zu speichern und auszustoßen. Im nächsten Schritt sollen diese Ionen durch das gleichzeitige Beladen mit Elektronen gekühlt werden und anschließend zu den Experimenten geleitet werden.

Techniken: Ionenfallen, Vakuumtechnik, Ionenoptik, Ionennachweis

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Bernhard Maaß (TUD, S214|411, )

Laserbasierte Hochspannungsmessungen an Ca+

Projekt: ALIVE

Ziel: Am ALIVE Projekt soll eine Hochspannungsmessung mittels kollinearer Laserspektroskopie auf eine Frequenzmessung zurückgeführt werden, die sich als Quantenstandard eignen würde. Genaue Hochspannungsmessungen sind für viele wissenschaftliche Anwendungen z.B. an Speicherringen, an ISOL-Anlagen und an KATRIN von großem Interesse. So wird an KATRIN die Neutrinomasse durch eine Spannungsmessung bestimmt. Da die konventionelle Messmethode auf 1ppm limitiert ist, erhofft man sich durch diese Technik eine Steigerung der Genauigkeit. Bisher konnten schon 5ppm demonstriert werden. Verbesserungen der Ionenquelle, der Laserstabilität und der Frequenzmessung wurden seither realisiert, sodass eine weitere Steigerung möglich ist.

Techniken: kollineare Laserspektroskopie mit Fluoreszenznachweis, optisches Pumpen, Ti:Sa Laser mit Frequenzverdopplung, Frequenzkamm

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, ), Kristian König (S2|14 411, )

Hochpräzise Messung der Isotopieverschiebung der D1- und D2-Linie in Ca+

Projekt: KOALA

Ziel: Die präzise Vermessung der Isotopieverschiebung in zwei verschiedenen atomaren oder ionischen Übergängen ermöglicht die Herleitung des Verhältnisses der beiden Feldverschiebungs-Koeffizienten der beiden Übergänge. Dieses Verhältnis kann sehr gut als Benchmark für ab-initio Berechnungen von Mehrelektronensystemen verwendet werden. Ergebnisse von Messungen an Calcium Ionen in optischen Fallen zeigten allerdings eine große Diskrepanz zur Theorie auf. Deshalb soll die Isotopieverschiebung der D1- und D2-Linie von Ca+ im Rahmen dieser Arbeit mit einer alternativen Messmethode nochmals an der KOALA Beamline vermessen werden.

Techniken: kollineare und antikollineare Laserspektroskopie mit Fluoreszenznachweis, Ti:Sa Laser mit Frequenzverdopplung, Frequenzkamm

Ansprechpartner: Phillip Imgram (S2|14 501, )

Doktorarbeiten

Speichern und Kühlen hochgeladener Ionen in HITRAP

Projekt: HITRAP (GSI)

Ziel: HITRAP ist eine Ionenfallenanlage, gebaut zum Einfang und Kühlen hochgeladener Ionen (HCI) am GSI-Beschleunigerkomplex. An der HITRAP Anlage werden schwere, hochgeladene Ionen bei niedrigen Temperaturen verfügbar sein.
Mit dieser neuartigen Technik zum Abbremsen, Fangen und Kühlen hochgeladener Ionen werden atomphysikalische Studien mit langsamen HCI möglich. Beispiele sind die Messung des g-Faktors des gebundenen Elektrons in wasserstoffähnlichen Ionen die einen weiteren zwingenden Test von QED Berechnungen in starken Feldern liefert und die Hochpräzisionsmassenspektrometrie, die eine genaue Berechnung von atomaren Bindungsenergien in Systemen mit nur wenigen Elektronen erlaubt.
Im Rahmen einer Doktorarbeit sollen die Ionenerzeugung und die Transportstrecke bis zur Falle optimiert werden. Weiterhin soll der nichtdestruktive Ionennachweis in der Falle entwickelt und implementiert werden.

Techniken: Ionenfallen, Vakuumtechnik, Ionenoptik, Ionennachweis, Datenaufnahme, Elektronik

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Bernhard Maaß (TUD, S214|411, )

Messung des Ladungsradius von Bor-8

Projekt: BOR8 (ANL, Chicago)

Ziel: Mittels Laserspektroskopie lassen sich atomare Spektren verschiedenster Elemente hochpräzise vermessen. Aus den genauen Übergangsfrequenzen verschiedener Isotope lassen sich deren Kernladungsradien bestimmen. Dies ist besonders interessant für leichte Kerne, welche unübliche Deformationen aufweisen, die sich auf den Ladungsradius auswirken.
In diesem Projekt soll Bor-8 laserspektroskopisch vermessen werden. Bor-8 ist der beste bekannte Protonen-Halo-Kandidat, also ein Kern, bei dem ein schwach gebundenes Proton den Restkern umgibt. Eine direkte Messung des Ladungsradius erlaubt tiefe Einblicke in die Natur der starken Wechselwirkung und ist ein Meilenstein für die Entwicklung von Kerntheorien leichter Systeme.
Bor-8 wird am ATLAS-Beschleuniger am Argonne National Laboratory in Chicago erzeugt. Die Produktion, Abbremsung und der Aufbruch von Molekülen muss vorgenommen werden, bevor laserspektroskopische Messungen durchgeführt werden können. Im Rahmen dieser Doktorarbeit müssen die nächsten Schritte der Inbetriebnahme der Laser-Strahllinie, der Laser und der Produktionsschnittstelle durchgeführt werden. Dies erfordert auch längere Forschungsaufenthalte am Institut in den USA.

Techniken: RFQs, Ionentransport, Laserspektroskopie, Laser, Datenaufnahme

Ansprechpartner: Bernhard Maaß (TUD, S214|411, ), Felix Sommer (S2|14 411, ), Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser (S2|14 410, )