Spektroskopische Präzisionsmessung magnetischer Momente in hoch geladenen Ionen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Birkl
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188327314

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Projektzeitraum wurden folgende Ziele erreicht: Erarbeitung konkreter Messmethoden für die präzise Bestimmung magnetischer Momente gebundener Elektronen und der Kerne in hochgeladenen Ionen, sowie nicht-linearer Zeeman-Effekte und der Beiträge der QED in extremen Feldern hierzu ("Doppelresonanz- Spektroskopie"); Umsetzung dieser Methoden in einen experimentellen Aufbau mit einer speziell entwickelten Penning-Falle zur optischen und Mikrowellen-Spektroskopie mit hoher Fluoreszenz-Ausbeute; Entwicklung und Charakterisierung eines dedizierten Lasersystems für das Testion Ar13+ nebst eines optischen Systems zur Fluoreszenz-Messung; Implementierung eines umfassenden Kontroll- und Datennahmesystems basierend auf LabView; Entwicklung und Charakterisierung eines neuartigen schnellöffnenden Kaltventils für die Trennung des XHV-Fallenvakuums von der UHV-Strahllinie zur Ioneninjektion. Folgende Ziele wurden nicht erreicht: Aufgrund der Verzögerungen des Betriebs der HITRAP-Anlage zur Bereitstellung hochgeladener Ionen für Fallenexperimente wie ARTEMIS konnte keine Anbindung an die Niederenergie-Strahllinie von HITRAP aufgebaut werden, entsprechend konnte kein Betrieb mit extern erzeugten, hochgeladenen Ionen gefahren werden. - Die aufgrund dieser Verzögerung notwendigen Massnahmen haben den vorgesehenen Einbau der Mikrowellen-Anlage nicht zugelassen. Folgende Massnahmen wurden ergriffen: Implementierung und Betrieb einer internen Quelle für hochgeladene Ionen wie etwa das Testion Ar13+; routinemäßige Erzeugung und elektronischer Nachweis hochgeladener Argon-Ionen bis Ar16+; Charakterisierung des Systems mit solchen Ionen, Bestimmung der Speicherzeiten; Vorbereitung der Anlage für Doppelresonanz-Messungen an der Feinstruktur von intern erzeugtem Ar13+. Die Doppelresonanz-Methode soll nun auf die Feinstruktur intern erzeugter Ionen, zunächst Ar13+, angewendet werden. Hierzu muss noch die Mirkowellen-Anlage für 65 GHz und 130 GHz installiert werden. Parallel dazu soll eine Anbindung an die Niederenergie-Strahllinie von HITRAP aufgebaut werden, wo derzeit eine leistungsstarke Offline-Quelle installiert wird. Mit dieser sind Ionen höherer Ladungszustände verfügbar, und der Ionentransport und -Einfang in die Falle kann implementiert und optimiert werden, bis Ionen aus der HITRAP-Anlage verfügbar sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "A Penning Trap for g-Factor Measurements in Highly Charged Ions by Laser-Microwave Double- Resonance Spectroscopy", Hyp. Int. 199 (2011) 161
  Brantjes, Nicolaas P. M.; Lindenfels, D. von; Birkl, G.; Quint, W. & Vogel, M.
  
• "Bound electron g-factor measurement by double-resonance spectroscopy on a fine-structure transition", Can. J. Phys. 89 (2011) 79
  von Lindenfels, David; Brantjes, Nicolaas P.M.; Birkl, Gerhard; Quint, Wolfgang; Shabaev, Vladimir M. & Vogel, Manuel
  
• "Magnetic moments of bound electrons and nuclei by double-resonance spectroscopy of highly charged ions in a Penning trap", Journal of Physics: Conference Series 388 (2012) 022065
  Vogel, Manuel; Birkl, Gerhard; Lindenfels, David von & Quint, Wolfgang
  
• "Experimental access to higher-order Zeeman effects in precision spectroscopy of highly charged ions in a Penning trap", Phys. Rev. A 87 023412 (2013)
  von Lindenfels, D.; Wiesel, M.; Glazov, D. A.; Volotka, A. V.; Sokolov, M. M.; Shabaev, V. M.; Plunien, G.; Quint, W.; Birkl, G.; Martin, A. & Vogel, M.
  
• "Half-open Penning trap with efficient light collection for precision laser spectroscopy of highly charged ions", Hyp. Int. 227 197-207 (2014)
  von Lindenfels, David; Vogel, Manuel; Quint, Wolfgang; Birkl, Gerhard & Wiesel, Marco
  
• "Switchable Magnetic Bottles and Field Gradients for Particle Traps", Appl. Phys. B. 114 (Special Issue Wolfgang Paul 100) 63 (2013)
  Vogel, Manuel; Birkl, Gerhard; Quint, Wolfgang; von Lindenfels, David & Wiesel, Marco
  
• "Magnetic Moment of the Bound Electron", in: "Fundamental Physics in Particle Traps", W. Quint and M. Vogel, eds., Springer Tracts in Modern Physics 256 73-135 (2014) ISBN 978-3-642-45200-0
  Vogel, Manuel & Quint, Wolfgang
  
• "Resistive and sympathetic cooling of highly-charged-ion clouds in a Penning trap", Phys. Rev. A 90 043412 (2014)
  Vogel, M.; Häffner, H.; Hermanspahn, K.; Stahl, S.; Steinmann, J. & Quint, W.