Aufbau und Durchführung eines Experiments zur hochpräzisen Messung des g-Faktors mittelschwerer, hochgeladener Ionen

• Antragsteller: Dr. Manuel Vogel
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5406270

Das wesentliche Ziel des Vorhabens besteht in dem Aufbau der Apparatur, mit der schwere, wasserstoffartige Ionen erzeugt, in einer Penningfalle gespeichert und untersucht werden können. Die Bestimmung des elektronischen g-Faktors des untersuchten Ions basiert auf der hochpräzisen Messung der Frequenzen der Speicherbewegungen unter wohldefinierten Bedingungen. Diese sind sensitiv auf den Spinzustand des Ions relativ zum magnetischen Speicherfeld, sobald eine künstliche Inhomogenität des Magnetfeldes eingeführt wird. Auf diese Weise kann zwischen den Zuständen "spin up" und "spin down" unterschieden werden. Eine Anregung der Ionen mittels eingestrahlter Mikrowellen führt zu einer Resonanz in der Spin-Umklapp-Wahrscheinlichkeit, welche den elektronischen g-Faktor mit hoher Präzision bestimmt. Für diese Zahl sind in jüngster Zeit theoretische Vorhersagen mit extrem hoher Genauigkeit gemacht worden, in die eine Vielzahl von elementaren, physikalischen Effekten eingeht, die alle von der Kernladungszahl Z abhängen. Daher erlaubt insbesondere eine Messung an Ionen mit hohen Kernladungszahlen entscheidende Aussagen über die zugrundegelegten Modelle und Werte, so z.B. über die Feinstrukturkonstante und über die Masse des Elektrons. Zur Zeit übertrifft die Genauigkeit der theoretischen Vorhersagen die experimentelle Genauigkeit um einen Faktor von etwa 3. Weitere Verbesserungen sind zu erwarten. Diesen Werten soll ein leistungsfähiges und erweiterbares Experiment gegenübergestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen