Dynamische Elektronenkorrelationen in atomaren Ein- und Zwei-Zentren-Systemen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Müller; Dr. Alexander B. Voitkiv
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349581371

Elektronenkorrelationen üben einen wesentlichen Einfluss auf die Struktur und zeitliche Dynamik der Materie auf mikroskopischer Ebene aus. So ist korrelierte Elektronendynamik für eine Vielzahl von Naturphänomenen verantwortlich, die vom Ursprung des Magnetismus über die Funktionsweise des He-Ne-Lasers bis hin zum Energietransfer in Biomolekülen reichen. Einige der deutlichsten Manifestationen von Elektronenkorrelationen treten in atomaren Systemen zu Tage, in denen sie dank moderner Experimentiertechniken sehr tiefgehend untersucht werden können. Reaktions-Mikroskope und Speicherringe erlauben z.B. eine detaillierte Erforschung von Quantenprozessen auf der Mikroskala einzelner atomarer Teilchen. Die Aussicht auf entsprechende experimentelle Studien dynamischer Elektronenkorrelation in naher Zukunft macht die Entwicklung ausgefeilter Theorien erforderlich. Diese werden bei der korrekten Interpretation der experimentellen Daten helfen und es erlauben, die Bedeutung von Elektronenkorrelationen in besonders interessanten Fällen zu ergründen: insbesondere, wenn atomare Elektronen (i) einem extrem starken Feld ausgesetzt sind oder (ii) an zwei verschiedenen Atomen lokalisiert sind, die entweder fast ruhen und relativ weit voneinander entfernt sind oder sich mit hoher Relativgeschwindigkeit bewegen.In diesem Theorie-Projekt werden zwei Hauptziele verfolgt. Zum einen sollen dynamische Korrelationen zwischen freien und stark gebundenen Elektronen untersucht werden, die den extrem starken Coulomb-Feldern in hochgeladenen Ionen ausgesetzt sind. Dazu sollen die Prozesse der resonanten Elektronenstreuung und Elektronenstoß-Ionisation im Detail erforscht werden, unter Berücksichtigung relativistischer Korrelationseffekte wie der Breit-Wechselwirkung. An Speicherringen in Europa und China sind aktuell entsprechende Experimente geplant. Außerdem werden wir untersuchen, inwiefern Elektronenkorrelationen durch ein resonantes Laserfeld beeinflusst und sogar kontrolliert werden können.Zum anderen sollen dynamische Elektronenkorrelationen in Zwei-Zentren-Systemen studiert werden. Sie treten insbesondere in ausgedehnten zweiatomigen Van-der-Waals-Molekülen auf und sind in den letzten Jahren bereits erfolgreich untersucht worden. Jedoch gibt es nur lückenhafte Kenntnisse über die molekulare Reaktion auf einfallende Elektronenstrahlen. Wir planen, die Photo- und Elektronenstoß-Ionisation in asymmetrischen Van-der-Waals-Molekülen zu erforschen, wobei der dominante Reaktionskanal auf dynamischen Korrelationen zwischen Elektronen an den beiden separierten Atomzentren beruht. Außerdem sollen Zwei-Zentren-Korrelationseffekte studiert werden, die in schnellen Stößen leichter Ionen mit Wasserstoff- und Heliumatomen zur gegenseitigen Ionisation führen; auch laser-assistierte Stöße sind dabei von Interesse.Unsere Ergebnisse können eine Brücke in unserem Verständnis von Ein- und Zwei-Zentren-Elektronenkorrelationen schlagen und den Weg zu neuen Experimenten weisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen