Spektroskopische Präzisionsmessung magnetischer Momente in hoch geladenen Ionen

• Applicant: Professor Dr. Gerhard Birkl
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 188327314

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

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.

Publications

• "A Penning Trap for g-Factor Measurements in Highly Charged Ions by Laser-Microwave Double- Resonance Spectroscopy", Hyp. Int. 199 (2011) 161
  N. Brantjes, D. von Lindenfels, G. Birkl, W. Quint, M. Vogel
  
• "Bound electron g-factor measurement by double-resonance spectroscopy on a fine-structure transition", Can. J. Phys. 89 (2011) 79
  D. Von Lindenfels, N. Brantjes, G. Birkl, W. Quint, V. Shabaev, M. Vogel
  
• "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
  Manuel Vogel, Gerhard Birkl, David von Lindenfels, Wolfgang Quint
  
• "Experimental access to higher-order Zeeman effects in precision spectroscopy of highly charged ions in a Penning trap", Phys. Rev. A 87 023412 (2013)
  D. von Lindenfels, M. Wiesel, W. Quint, D. Glazov, V.M. Shabaev, G. Birkl, M. Vogel
  
• "Switchable Magnetic Bottles and Field Gradients for Particle Traps", Appl. Phys. B. 114 (Special Issue Wolfgang Paul 100) 63 (2013)
  Manuel Vogel, Gerhard Birkl, David von Lindenfels, Wolfgang Quint, Marco Wiesel
  
• "Half-open Penning trap with efficient light collection for precision laser spectroscopy of highly charged ions", Hyp. Int. 227 197-207 (2014)
  David von Lindenfels, Manuel Vogel, Gerhard Birkl, Wolfgang Quint, Marco Wiesel
  
• "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
  Manuel Vogel and Wolfgang Quint
  
• "Resistive and sympathetic cooling of highly-charged-ion clouds in a Penning trap", Phys. Rev. A 90 043412 (2014)
  M. Vogel, H. Häffner, K. Hermanspahn, S. Stahl, J. Steinmann and W. Quint