Massenmessungen exotischer Kerne an TITAN bei TRIUMF (Vancouver, Kanada)

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Scheidenberger
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422761894

Ziel der modernen Kernphysik ist das genaue Verständnis der starken Kraft, mit dem ultimativen Ziel die Struktur von Atomkernen und die Vielfalt der beobachteten Phänomene von wenigen fundamentalen Wechselwirkungen abzuleiten und den Hamiltonian zu bestimmen, der das Vielteilchensystem des Atomkerns genau und vollständig beschreiben kann. Dabei spielen heute Präzisionsmassenmessungen sog. "exotischer" (d. h.: radioaktiver) Kerne eine herausragende Rolle. Dafür wurde von uns in den vergangenen Jahren ein neuartiges Flugzeitmassenspektrometer (Multiple-Reflection Time-of-Flight Mass Spectrometer, MR-TOF-MS) entwickelt und am TITAN-Experiment am TRIUMF, welches zu den weltweit führenden Laboren auf diesem Arbeitsgebiet gehört, eingebaut. Das MR-TOF-MS zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination von Leistungsmerkmale (Geschwindigkeit, Empfindlichkeit, Genauigkeit) aus. Es kann für drei verschiedene Zwecke eingesetzt werden: Strahldiagnose/-entwicklung, Isobaren-Separation und Präzisionsmassenmessungen; in allen drei Modi ergänzt, unterstützt und verbessert das Instrument das bereits existierende Instrumentarium des TRIUMF bzw. des TITAN-Experiments für Massenmessungen und (Zerfalls-)Spektroskopie hochgeladener Ionen. Des Weiteren erlaubt es, dass das Labor mehr Strahlsorten als bisher und die bereits existierenden in verbesserter Qualität und Reinheit anbieten kann. Das Gerät steht nach Inbetriebnahme und erfolgreichen ersten Tests und Messungen mit stabilen und exotischen Strahlen für Experimente am TRIUMF-Beschleuniger bereit. Die hier vorgeschlagenen Massenmessungen zielen auf Kernstruktur-Untersuchungen weitab der Stabilität und ausgewählte, wichtige Fragestellungen der nuklearen Astrophysik ab. Geplant sind Experimente an neutronenreichen Gallium-Isotopen, die im „schwachen“ r-Prozess bedeutsam sind (genehmigtes LOI1699). Die Vorhersagen der existierenden Massenmodelle weichen so stark voneinander ab, dass die mit Netzwerkrechnungen erzielten r-Prozess Ausbeuten sich um bis zu zwei Größenordnungen unterscheiden. Diese Diskrepanz können nur Messungen auflösen. Außerdem wird der Schalenabschluss bei N=82 mittels Messungen an neutronenarmen Lutetium-, Ytterbium- und Thulium-Isotope untersucht werden (genehmigter Strahlzeitantrag S1746). Dies wird den Test der Schalenstruktur darstellen, der am bisher weitesten entfernt vom Tal der Stabilität erfolgt. Darüber hinaus gibt es weitere genehmigte Strahlzeitanträge, die den Einsatz des MR-TOF-MS vorsehen, und die im Rahmen dieses Antrags unterstützt werden sollen. Ferner soll das MR-TOF-MS nicht nur für Massenmessungen eingesetzt werden, sondern auch seine volle Nutzung als Isobarenseparator zusammen mit den Elektronenstrahl- und Penning-Fallen ermöglicht und genutztwerden. Des Weiteren sind verschiedene Erweiterungen geplant, die die Leistungsfähigkeit des MR-TOF-MS weiter steigern sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Mitverantwortliche: Timo Dickel, Ph.D.; Dr. Wolfgang Rüdiger Plaß
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Jens Dilling; Professorin Dr. Ania Kaiatkowski; Professor Dr. Reiner Krücken