Untersuchung leichter exotischer Isotope mit ultrasensitiven laserspektroskopischen Methoden

• Antragsteller: Dr. Bernhard Maaß
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447367248

Das wissenschaftliche Ziel des Antrags ist die Messung des Kernladungsradius des Isotops Bor-8. Der große Überschuss an Protonen und die geringe Separationsenergie weisen auf die Existenz eines Protonen-Halos hin, bei dem sich das am schwächsten gebundene Proton in einem großen mittleren Abstand um den Mutterkern befindet. Während Halo-Kerne bei leichten neutronenreichen Isotopen bereits häufiger beobachtet und untersucht wurden, steht ein Nachweis der exotischen Kernstruktur von Bor-8 noch aus. Eine Bestimmung des Kernladungsradius würde es erlauben, den mittleren Abstand zwischen Mutterkern und Halo-Proton zuverlässig und modellunabhängig zu berechnen. Um den Kernladungsradius zu bestimmen, eignet sich Laserspektroskopie. Diese beruht auf der Abtastung der atomaren Energieniveaus mit hochauflösenden Lasersystemen, um winzige Frequenzverschiebungen zwischen Isotopen zu bestimmen, die auf den Kernladungsradius zurückzuführen sind. Um diese Frequenz-Änderungen auszuwerten, benötigt es nicht nur sehr genaue Berechnungen im komplexen atomaren System von Bor, die erst seit kurzem verfügbar sind, sondern auch eine Experimentierstation, welche das kurzlebige, radioaktive Bor-8 im richtigen atomaren Zustand in ausreichenden Mengen bereitstellt.Während entsprechende Techniken für schwerere Isotope bereits etabliert sind, ist insbesondere die geringe Masse und die chemische Reaktionsfreudigkeit der leichten Elemente eine Herausforderung. Im Rahmen dieses Antrags soll zum einen die Produktionsrate von Bor-8 am Argonne National Laboratory (Chicago, IL, USA) erhöht und zudem zwei Segmente implementiert werden, welche die Präparation im richtigen Zustand erlauben. Gleichzeitig soll die Effizienz des Fluoreszenznachweissystems erhöht werden, welches letztlich die benötigte Produktionsrate determiniert. Um die einzelnen Segmente zu testen, bietet es sich an, sie am ANL an kernphysikalisch ebenfalls interessanten Isotopen von Palladium zu testen.Der Aufbau und die Experimente sollen dabei in Kollaboration mit der Arbeitsgruppe „Laboratory of Exotic Molecules and Atoms“ am Massachusetts Institute of Technology (MA, USA) unter der Leitung von Dr. Ronald Fernando Garcia Ruiz erfolgen. Diese fokussiert sich ebenfalls die Untersuchung der leichtesten, exotischen Atome und bietet die notwendige wissenschaftliche Plattform und das Fachwissen für die Umsetzung der Experimente am ANL.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Dr. Ronald Fernando Garcia Ruiz; Professor Dr. Peter Mueller