Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

70 — Forschung Lehrstuhl für Atomphysik hochgeladener Ionen Prof. Dr. Thomas Stöhlker Forschungsschwerpunkte  Schwerpunkt 1: Hyperfeinstrukturmessungen an hochgeladenen, schweren Ionen zur präzisen Über- prüfung quantenelektrodynamischer Effekte in starken magnetischen Feldern.  Schwerpunkt 2: Entwurf und Charakterisierung von Szintillationsdetektoren zum Ionennachweis am FAIR-Synchrotron CRYRING@ESR.  Schwerpunkt 3: Laserexperimente an hochgeladenen Ionen: Konstruktion und Inbetriebnahme der EBIT-Quelle und HILITE-Ionenfalle.  Schwerpunkt 4: Entwicklung und Inbetriebnahme kryogener Mikrokalorimeter-Detektoren für Hoch- präzisions-Röntgenspektroskopie-Experimente. Kürzlich gelang durch eine Präzisionsmessung der Hyperfeinstruktur in wasserstoff- und Li- ähnlichen Bismut-Ionen ( 209 Bi 82+ und 209 Bi 80+ ) eine hochsensitive Untersuchung zur Quantenelektro- dynamik im Bereich höchster magnetischer Fel- der. Der Vergleich der experimentellen Daten für Ein- und Drei-Elektronensysteme sollte es ermög- lichen, den Einfluss von störenden und theore- tisch schwer zu beschreibenden Kerneffekten zu eliminieren und hierdurch eine hochpräzise Mes- Quantenelektrodynamik starker Felder sung der quantenelektrodynamischem Effekte zu gewährleisten. Wider der Erwartung weisen die experimentellen Daten eine 7-Sigma- Diskrepanz zu aktuellen theoretischen Vorhersa- gen auf. Die Ursache für diese Diskrepanz ist gegenwärtig unverstanden und wirft grundsätzli- che Fragen zu unserem Verständnis der Physik starker Felder auf . Ullmann J. et al. (2017): High-precision hyperfine measurements in Bismuth challenge bound-state strong-field QED. Nat. Comm. 8, S. 15484, DOI: 10.1038/ncomms15484 Abb. 1. Blick in die neue Experimentierhalle des CRYRING-Synchrotrons bei FAIR. Foto: Michael Lestinsky. Als erste Großanlage des gegenwärtig im Bau befindlichen Beschleunigerkomplexes FAIR ist 2017 die Speicherring-/Synchrotronanlage CRY- RING in Betrieb gegangen. Das damit eröffnete Forschungsfeld macht die Verfügbarkeit robuster Ionendetektoren zur detaillierten Untersuchung von Umladungsprozessen unerlässlich. Als schnelle, single-hit-fähige und gleichzeitig kos- tengünstige Lösung wurde von der Arbeitsgruppe ein Detektor entwickelt, in dem Kristallszintillato- ren zum Ionennachweis eingesetzt werden. Eine Charakterisierungsmessung hat die Eignung des Konzepts in allen Punkten bestätigt und eine Zer- störschwelle von etwa 10 13 Ionen/cm 2 festge- stellt. Das für den Einsatz an CRYRING optimier- te, UHV-fähige System wird Anfang 2018 zur Ver- fügung stehen . Lestinsky M. et al. (2016): Physics book: CRYRING@ESR. Eur. Phys. J. Spec. Top. 225, S. 797, DOI: 10.1140/epjst/e2016-02643-6 Design, Bau und Inbetriebnahme von Ionendetektoren für CRYRING@ESR Pfäfflein P. (2017): Entwicklung und Aufbau eines Teilchendetektors für erste Experimente am Ionenspeicherring CRYRING. Masterarbeit, Friedrich-Schiller-Universität Jena