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.

Die Folien des Vortrags aus der Attraktiven Physik im WS 21/22 finden Sie hier: pdf, 4.1 MB

Sie suchen ein Projekt für eine Abschlussarbeit oder eine Miniforschung? Dann schauen Sie einmal hier.

Die erfolgreich in unserer Arbeitsgruppe abgeschlossenen wissenschaftlichen Arbeiten finden Sie hier.

Virtueller Rundgang durch das KOALA Labor an der TU Darmstadt

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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: Phillip Imgram –
Schwerpunkt Kernphysik: Bernhard Maaß –
sowie alle weiteren Mitglieder der Arbeitsgruppe.

Bachelorarbeiten

Integration von Schrittmotoren für Ionenstrahldiagnose

Projekt: HITRAP (GSI)

Ziel: Ionentransport durch verschiedene Elemente einer Strahllinie ist oft schwierig nachzuvollziehen, da der Strahl nur an festen Positionen detektiert werden kann. Die empfindlichsten Ionendetektoren sind destruktiv, d.h. sie zerstören den Strahl den sie beobachten. Deshalb werden diese nur nach Bedarf mittels Schrittmotoren in die Ionenflugbahn hineingefahren, was eine zuverlässige Steuerung und Kontrolle unerlässlich macht.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Schrittmotoren in die vorhandenen Diagnoseeinheiten integriert und ferngesteuert die gewünschten Positionen angefahren werden. Darüber hinaus soll die Position fortlaufend ausgelesen und in einem Kontrollsystem dargestellt werden. Das kann entweder über die Firmware des Herstellers, mit einem eigens entwickeltem Programm oder einer Kombination aus beiden Varianten geschehen. Als Abschluss wird die Funktion des entwickelten Systems mit Messungen am hochgeladenen Ionenstrahl, der in Richtung der HITRAP-Kühlfalle geführt wird, überprüft.

Techniken: Experiment-Steuerung, Ionenstrahldiagnose, Programmierung, Raspberry Pi, Arduino, LabVIEW

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Max Horst (GSI, )

Aufbau eines Diodenlasers für die Spektroskopie an Barium im F-Praktikumsversuch „Kollineare Laserspektroskopie“

Ziel: Ab dem Sommersemester 2021 wird ein neuer F-Praktikumsversuch „Kollineare Laserspektroskopie“ angeboten. Das dazu erforderliche Laserlicht wird vorerst über eine Faser aus dem Laserlabor der KOALA-Anlage in den F-Praktikumsraum transportiert. Das dazu verwendete Lasersystem wird aber auch für die Forschung an KOALA eingesetzt. Daher soll ein unabhängiges Lasersystem installiert werden, in dem ein existierendes kommerzielles System für die notwendige Wellenlänge umgebaut und im F-Praktikumslabor installiert wird. Zusätzlich muss die Laserstabilisierung über ein Wavemeter realisiert und in die Experimentsteuerung implementiert werden.

Techniken: Laserdioden, Wavemeter, Frequenzstabilisierung, Faseroptik, Kontrollsystem

Ansprechpartner: Patrick Matthias Müller (S2|14 409, )

Masterarbeiten

Entwicklung von HITRAP Kontrollsystem-GUI

Projekt: HITRAP (GSI)

Ziel: Die HITRAP-Kühlfalle und die daran anknüpfende Ionenstrahlführung zu verschiedenen Experimenten besteht aus vielen Komponenten, die für einen optimalen Betrieb perfekt aufeinander abgestimmt sein müssen. Diese nicht triviale Aufgabe kann nicht manuell bewältigt werden. Daher erfolgt die Steuerung der unterschiedlichen Bauteile (z.B. Netzteile, Timing-Generatoren, Ionenstrahldetektoren, Schrittmotoren …) mit einem auf LabVIEW basiertem Kontrollsystem.
Die Arbeit startet – basierend auf der bestehenden LabVIEW-Infrastruktur – mit der Entwicklung einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) für die Steuerung der Ionenfalle und der Ionenstrahlführung. Darüber hinaus soll das bestehende Kontrollsystem optimiert und hinsichtlich der Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit weiterentwickelt werden. Hierbei können auch Möglichkeiten zur Datenerfassung und zur weiteren Datenverarbeitung implementiert werden. Diese Aufgaben können sowohl mit bereits bestehender Firmware als auch mit eigens entwickelten Programmen gelöst werden. Die Funktion des neuen Systems kann bei der Strahlführung der hochgeladenen Ionen zur Kühlfalle und der anschließenden Speicherung in dieser überprüft und getestet werden. Schließlich muss das System gut dokumentiert und für andere Benutzer freigegeben werden.

Techniken: Experiment-Steuerung, Programmierung, Automatisierung, LabVIEW, Strahlführung und Speicherung von Ionen

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Max Horst (GSI, )

Kollineare Laserspektroskopie von Fe an Koala mit einer Laser-Ablations-Ionenquelle

Projekt: KOALA

Ziel: Wir haben eine Laserablationsionenquelle entwickelt, mit der viele Elemente der kollinearen laserspektroskopie zugänglich gemacht werden können, für die dies zuvor nicht möglich war. Im Rahmen einer Masterarbeit soll Laserspektroskopie an den stabilen Isotopen des Elementes Eisen durchgeführt werden. Ziel ist es Referenzwerte für die Hyperfeinstruktur und Isotopieverschiebungen für spätere Messungen kurzlebiger Isotope an der FRIB Anlage in den USA (Michigan State University, MSU) zu bestimmen. Für die Spektroskopie muss ein frequenzvervierfachtes Lasersystem eingesetzt werden.

Techniken: Ti:Sa mit Frequenzverdopplung, Frequenzkamm, Ionenquelle, Spektroskopie, Vakuumtechnik

Aufbau und Test eines linsenbasierten optischen Nachweises zur kollinearen Laserspektroskopie im UV-Regime zur Untersuchung der Quanteninterferenz in 43Ca+

Projekt: KOALA

Ziel: Der optische Nachweis ist das Herzstück der fluoreszenzbasierten kollinearen Laserspektroskopie. In diesem werden die von den Ionen oder Atomen emittierten Photonen gesammelt und möglichst effizient auf einen Detektor wie z. B. einen PMT abgebildet. Spiegelbasierte Systeme bieten dabei den Vorteil, dass nahezu der gesamte Raumwinkel abgebildet werden kann und somit die Detektionseffizienz erhöht werden kann. Ultraviolettes Licht wird allerdings mit abnehmender Wellenlänge zunehmend schlechter reflektiert, wodurch die Detektionseffizienz bei abnehmender Wellenlänge wiederum sinkt. Deshalb soll im Rahmen dieser Masterarbeit ein linsenbasierter optischer Nachweis aufgebaut und getestet bzw. mit einem reflektierenden System verglichen werden. Anschließend soll der Nachweis genutzt werden um Quanteninterferenz in 43Ca zu untersuchen.

Techniken: Konstruktion, Simulation, Vakuumtechnik, Photonennachweis, Quanteninterferenz

Ansprechpartner: Phillip Imgram (S2|14 501, ), Patrick Müller (S2|14 409, )

Doktorarbeiten

Laserbasierte Hochspannungsmessungen höchster Präzision

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: Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser (S2|14 410, )

Laserspektroskopie an lithiumartigen Bi-208 am Speicherring ESR

The candidate will work on laser spectroscopy of highly charged ions with the goal to test quantum electrodynamics in light and heavy isotopes. We are performing laser spectroscopy at the ESR and CRYRING storage rings at GSI/FAIR with the goal to develop optical pumping [Phys. Rev. Accel. Beams 24, 024701 (2021)], and to improve the sensitivity in laser spectroscopy of lithium-like heavy ions [Nat. Commun. 8, 15484 (2017)] by combining laser spectroscopy with dielectronic recombination (DR). This combination can be regarded as the inversion of resonance ionization spectroscopy. In a beamtime in 2022, we will carry out a first test of this scheme using 209Bi80+. After the successful demonstration, the technique will later be applied to a beam of radioactive 208Bi80+ to perform a test of QED in the extremely strong magnetic fields that the electrons encounter when they are close to the nucleus. At CRYRING, we have performed first tests of optical pumping using continuous wave (cw) lasers, which will be continued by combining pulsed and cw laser systems. Further widening of the research profile is possible by participating at collinear laser spectroscopy experiments in our other research areas at ANL, FRIB and at ISOLDE.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser (S2|14 410, ), Dr. Rodolfo Sanchez (), Dr. Zoran Andelkovic ()

Laserspektroskopie kurzlebiger Isotope an COLLAPS (ISOLDE/CERN)

The candidate will further develop collinear laser spectroscopy for online measurements, particulary with respect to applications at ISOLDE. The focus will be on sensitive techniques for state-selective charge exchange and ionization. State-selective charge exchange will be used for measurements of 53,54Ca [J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 44, 044003 (2017)], while ionization measurements are foreseen for studies of fluorine isotopes and rare gases. The development work can be carried out at TU Darmstadt. Installation, commissioning and participation at various beamtimes will require extensive stays at ISOLDE/CERN. The distribution between TU Darmstadt and ISOLDE is subject to discussions and will also depend on the candidates personal preference. Further widening of the research profile is possible by participating at collinear laser spectroscopy beamtimes at other facilities, e.g. at ANL, FRIB and at the storage rings at GSI/FAIR.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser (S2|14 410, )

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: Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser (S2|14 410, ), Dr. Bernhard Maaß (ANL, )