SPECTRAP - die SPECtroscopy TRAP

Die Quantenelektrodynamik (QED) ist eine der bekanntesten und bestüberprüften Theorien der zeitgenössischen Physik und war dementsprechend Gegenstand einer großen Zahl stringenter Tests. Das SPECTRAP-Experiment soll einen solchen Test der QED an gebundenen Systemen wie Ionen durchführen, wo insbesondere die Effekte der Vakuum-Polarisation und Selbst-Energie eine bedeutende Rolle spielen. Die vom Kern verursachten hohen Feldstärken am Ort eines Elektrons sind in hoch geladenen Ionen unübertroffen und verursachen starke Beiträge dieser Effekte zur Physik der gebundenen Elektronen. Daher sollen insbesondere wasserstoffartige Ionen mit laserspektroskopischen Methoden untersucht werden, wo nur ein einzelnes Elektron an einen Kern gebunden ist.

Entsprechende Experimente wurden bereits zuvor an Ionen wie Pb⁸¹⁺ und Bi⁸²⁺ durchgeführt, waren aber in ihrer Genauigkeit und demzufolge auch in ihrer Aussagekraft eingeschränkt. Dies ist auf die hohe Geschwindigkeit der Ionen in jenen Experimenten zurückzuführen und auf den zugehörigen Doppler-Effekt. Um diesen zu minimieren, werden die Ionen im SPECTRAP-Experiment in einer Penning-Falle gespeichert und in ihrer Bewegung auf die Temperatur von flüssigem Helium abgekühlt, was den Einfluss des Doppler-Effekts um etwa drei Größenordnungen gegenüber den vorigen Experimenten reduziert. Die optische Transparenz der Falle erlaubt die axiale Einstrahlung eines Anregungslasers und eine Detektion des Fluoreszenzlichts senkrecht dazu.

Kryogene Penningfalle und PMT Detektor zum Nachweis des Fluoreszenzlichts - klicken für größere Version

Das Magnetfeld, welches für die Speicherung der Ionen in einer Penning-Falle benötigt wird, stammt hier von einem supraleitenden Magneten in einer Helmholtz-Konfiguration. Dieser Magnet wurde zuvor in Berkeley am ReTrap-Experiment betrieben und in Kollaboration mit Prof. Dieter Schneider vom LBLN und Prof. David Church von der Texas A&M zur GSI nach Darmstadt transferiert. Derzeit wird der Magnet umkonfiguriert und für die geplanten Experimente vorbereitet. Diese finden in Zusammenarbeit mit dem Imperial College London und den Universitäten Münster und Darmstadt statt. Wir suchen ambitionierte Studenten, die an der Weiterentwicklung und der Durchführung des Experiments interessiert sind.

Überblick über den supraleitenden Magneten in Helmholtz- Konfiguration - klicken für größere Version