Lehrinhalte
Welchen Radius hat ein Proton? Sind die magischen Zahlen universell oder gelten sie nur nahe an der Stabilität? Funktioniert die Quantenelektrodynamik (QED) auch noch in extrem starken elektromagnetischen Feldern? Welche Eigenschaften hat Antiwasserstoff? Warum gibt es mehr Materie als Antimaterie im Universum? Dies sind einige der hochaktuellen Fragen, auf die auch laserspektroskopische Experimente Antworten suchen. Bei der Suche nach „Physik jenseits des Standardmodells (SM)“ setzt man dabei auf hohe Präzision statt auf immer höhere Energien. Wie Forensiker am Tatort nach Spuren des Verbrechens, fahndet die Laserspektroskopie durch immer genauere Messungen nach winzigen Hinweisen auf das Vorhandensein neuer Teilchen oder Kräfte, die im SM nicht existieren. Darüber hinaus ist sie zur Bestimmung von Größe und Form kurzlebiger Atomkerne und als Werkzeug zur Präparation von Atomen und Ionen bei vielen Experimenten nicht mehr wegzudenken. Wenn Sie mehr über das Wie und Warum wissen wollen, sind Sie in dieser Vorlesung genau richtig.
Neben den laserspektroskopischen Methoden die dabei zum Einsatz kommen, lernen Sie auch die Techniken zur Erzeugung und Präparation des oft „exotischen“ Untersuchungsgegenstandes kennen. Als exotisch bezeichnen wir dabei einerseits Systeme mit kurzlebigen Komponenten, beispielsweise Myonen, Pionen oder radioaktive Kerne und andererseits stabile Systeme, die aber unter gewöhnlichen Bedingungen nicht existieren, beispielsweise Antiwasserstoff oder hochgeladene Ionen wie Bi82+. In vielen Fällen ist es notwendig diese Systeme nach Ihrer Erzeugung zu speichern, um ausreichend Zeit für ihre Untersuchung zu haben – Speicher- und Kühlmethoden sind daher ebenfalls ein wichtiges Thema der Vorlesung.
Vorlesungssprache ist englisch.
Aus dem Inhalt:
1. SPEKTROSKOPIE WASSERSTOFFÄHNLICHER SYSTEME
1.1 Einleitung
1.2 Spektroskopie an Wasserstoff: Protonenradius und Rydbergkonstante
1.3 Das Rätsel des Protonenradius: Spektroskopie an myonischem Wasserstoff
1.4 Positronium
1.5 Muonium
1.6 Antiwasserstoff und das CPT Theorem
1.7 Antiprotonisches Helium und die Elektronenmasse
2. SPEKTROSKOPIE HOCHGELADENER IONEN
2.1 Motivation
2.2 Wichtige Aspekte der Physik hochgeladener Ionen
2.3 Elektronenstoßionisation und Ladungsaustausch
2.4 Übergangswellenlängen und Photonenenergien
2.5 Spektroskopie hochgeladener Ionen in Speicherringen
2.6 Electron Beam Ion Traps (EBIT)
2.7 Spektroskopie in Penningfallen
2.8 Präzisionspektroskopie hochgeladener Ionen in Paulfallen
3. SPEKTROSKOPIE RADIOAKTIVER ISOTOPE
3.1 Einleitung
3.2 Erzeugung radioaktiver Isotope
3.3 Signaturen der Kernstruktur im optischen Spektrum
3.4 Resonanz-Ionisations-Spektroskopie
3.5 Kollineare Laserspektroskopie
3.6 Spektroskopie kurzlebiger Isotope in Atomfallen
4. TESTS FUNDAMENTALER SYMMETRIEN
4.1 Schwache Wechselwirkung: Paritätsverletzung in Atomen
4.2 Suche nach CP-Verletzung: Das permanente elektrische Dipolmoment (EDM)
4.3 Ein Test der Zeitdilatation der Speziellen Relativitätstheorie
Literatur
Es gibt kein Lehrbuch in dem alle Inhalte der Vorlesung vereinigt sind. Es wird ein Skript sowie die Folien der Vorlesung herausgegeben. Hinweise zu ausführlichen Übersichtsartikeln sind im Skript enthalten.
Zum Nachlesen vieler Aspekte der Laserspektroskopie die im ersten Teil der Vorlesung behandelt werden ist z.B. das Buch von Demtröder "Laserspektroskopie" (Band 1 & 2) geeignet.
Zum Nachlesen der Grundlagen der Atomphysik, z.B. : Demtröder Experimentalphysik Band 3
Voraussetzungen
Kenntnisse der Bachelormodule Quantenphysik (Physik IV) und Kernphysik (Physik VI) werden vorausgesetzt.
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- Lehrende: Kristian Lars König
- Lehrende: Wilfried Nörtershäuser