Accurate transition amplitudes for the capture and emission of electrons in open-shell atoms

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Fritzsche
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 25146345

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Entwicklung neuartiger Lichtquellen und Detektoren hat in den vergangenen Jahren zu einem stetig wachsenden Bedarf von (mehr oder minder) genauen atomaren Daten geführt. Neben der Astro- und Plasmaphysik, die seit langer Zeit bereits eine Vielzahl solcher Daten benötigen, werden heute präzise atomare Amplituden und Querschnitte auch in den Gebieten der ‘atomaren Uhren’, der Laserspektroskopie und Quantenoptik, der FEL-Forschung, der UV- und Röntgenlithographie sowie in der Materialforschung benötigt, um hier nur einige Forschungsgebiete aufzuzählen. Viele der erforderlichen Daten sind dabei mit Ionisations- und Rekombinationsprozessen verbunden und setzen somit die Kenntnis von (genauen) Amplituden zum Einfang bzw. der Emission von Elektronen freier Atome voraus. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde das Ratip-Programm zur Berechung von Relativistic Atomic Transition, Ionization and Recombination Properties mit dem Ziel weiterentwickelt, die Beschreibung des Elektronenkontinuums und der Relaxation der gebundenen Elektronendichte zu verbessern. Da viele Emissions- und Einfangsprozesse von Elektronen empfindlich von der Elektron-Elektron Wechselwirkung abhängen, war der Fokus unserer Arbeiten auf eine effiziente und brauchbare Näherung der Streuzustände bei der Implementierung der Übergangsamplituden gerichtet. Das Ratip-Programm ist in der CPC-Bibliothek (Computer Physics Communication) inzwischen öffentlich zugänglich und wird weltweit von etwa zehn Gruppen aktiv genutzt. Die aktuellen Fortschritte in der Spektroskopie und Untersuchung atomarer Prozesse, die durch das Aufkommen ultrakurzer Lichtpulse und Freier-Elektronen-Laser im UV und Röntgenbereich stimuliert werden, haben zudem zu einem wachsenden Interesse an Innerschalenprozessen und der damit verbundenen schnellen Zerfallsdynamik geführt. Diese neuen Anforderungen erfordern es, die relativistischen und Korrelationseffekte möglichst gleichwertig in die theoretische Beschreibung einzubeziehen. Gleichzeitig rücken damit auch nichtlineare Anregungs- und Zerfallsprozesse in den Blickpunkt und haben zu ersten Programmentwicklungen geführt, um künftig auch Prozesse zweiter und höherer Ordnung zu verstehen. Mit dem Ratip-Programm stehen nun somit Werkzeuge für vielfältige Anwendungen zur Verfügung, die von der (atomaren) Photoionisation uber die Elektronenspektroskopie, die Physik hochgeladener Ionen und superschwerer Elemente bis hin zur Untersuchung von zeit- und paritäts-verletzenden Wechselwirkungen in atomaren Systemen reichen. Trotz der Erfolge dieses Forschungsvorhabens jedoch ist damit die Entwicklung zu den Eigenschaften und der Dynamik nicht ‘am Ende’, sondern sieht einer interessanten und aufregenden Zukunft entgegen. Es uns zusammenfassend gelungen, mit dem Ratip-Programm ein sehr leistungsfähiges Werkzeug zur Verfügungu zu stellen und im Rahmen der CPC-Bibliothek öffentlich zugänglich zu machen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Interferences in the 3p4nl satellite emission following the excitation of argon across the 2p51/24s and 2p53/23d J = 1 resonances.Phys. Rev. A75, 012501:1–12 (2007)
  S. Fritzsche, J. Nikkinen, S.-M. Huttula, H. Aksela, M. Huttula and S. Aksela
  
• Angular distributions and angular correlations in sequential two-photon double ionization of atoms. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. B41, 165601:1–12 (2008); Corrigendum, ibid. B41, 199801:1 (2008)
  S. Fritzsche, A. N. Grum-Grzhimailo, E. V. Gryzlova and N. M. Kabachnik
  
• Dominance of the Breit interaction in the x-ray emission of highly charged ions following dielectronic recombination. Phys. Rev. Lett. 103, 113001:1–4 (2009)
  S. Fritzsche, A. Surzhykov and T. Stöhlker
  
• First optical hyperfine structure measurement in an atomic anion. Phys. Rev. Lett. 104, 073004:1–4 (2010)
  A. Fischer, C. Canali, U. Warring, A. Kellerbauer and S. Fritzsche
  
• Polarization transfer in the inner-shell photoionization of sodiumlike ions. Phys. Rev. A81, 023419:1–11 (2010)
  L. Sharma, A. Surzhykov, M. K. Inal and S. Fritzsche
  
• Sequential two-photon double ionization of the 4d shell in xenon. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. B44, 175602:1–10 (2011)
  S. Fritzsche, A. N. Grum-Grzhimailo, E. V. Gryzlova and N. M. Kabachnik