target - GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

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target WISSENSCHAFT Einem internationalen Wissenschaftlerteam ist es am Experimentierspeicherring ESR des GSI erstmalig gelungen, eine abrupte Änderung der Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke vom doppelt magischen Blei-Isotop 208 Pb zum schwereren 210 Pb-Isotop nachzuweisen. Dazu haben sie die Masse und damit – nach der von Albert Einstein beschriebenen Äquivalenz von Masse und Energie – die Kernbindungsenergie des Quecksilber-Isotops 208 Hg bestimmt. Die Messung ermöglicht den Rückschluss auf die Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke des Blei-Nuklids 210 Pb. Ähnlich den Schalenabschlüssen in den Elektronenhüllen von Atomen kommt es auch in den Kernen zur Auffüllung von Seite 10 STRUKTUR DER ATOMKERNE Wissenschaftler des GSI Helmholtzzentrums bestimmen erstmals die Kraft zwischen Protonen und Neutronen nach doppeltem Kernschalenabschluss Neues Radon-Isotop in der Falle Wissenschaftler der internationalen ISOLTRAP-Kollaboration, darunter auch GSI-Wissenschaftler, haben ein neues Radon-Isotop mit der Massenzahl 229 entdeckt. Zudem konnten sie bei ihren Experimenten die Masse des neuen Isotops wie auch die Masse der Nachbarisotope mit den Massenzahlen 223 bis 228 mit einer relativen Genauigkeit von wenigen Millionstel Prozent bestimmen. Die Produktion des neuen Kerns erfolgte am Massenseparator ISOLDE des CERN unterschiedlichen Protonen- und Neutronenschalen. Der Überlapp der Schalen trägt entscheidend zur Stabilität eines Kerns bei. Das 210 Pb-Isotop hat eine vollständig aufgefüllte Protonenschale und zwei Neutronen mehr als für einen Neutronenschalenabschluss erforderlich. Die überzähligen Neutronen befi nden sich deutlich außerhalb der abgeschlossenen Schale der anderen Neutronen, so dass es keinen Überlapp mit der abgeschlossenen Protonenschale und somit ein deutliches Absinken der Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke gibt. Die Resultate des Experiments werden dabei helfen, theoretische Vorhersagen für sehr instabile Kerne zu verbessern und Fragen etwa nach der Entstehung durch den Beschuss einer Uranprobe mit hochenergetischen Protonen. Für den Nachweis haben die Wissenschaftler die Radon-Isotope über einen längeren Zeitraum in einer Penningfalle eingefangen und gespeichert. Eingesperrt in einer Kombination aus starkem Magnetfeld und schwachem elektrischen Feld konnten die Isotope eindeutig identifi ziert und präzise vermessen werden. Die Masse eines Atomkerns ist so individuell wie ein Fingerabdruck. Sie liefert Protonenzahl 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 Der Experimentierspeicherring ESR 210 Pb-Isotop 110 115 120 125 130 135 140 145 Neutronenzahl der Elemente oder der Existenz superschwerer Elemente besser zu beantworten. Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Yuri Litvinov, GSI Informationen über die Kernkraft, die für die Existenz des Atomkerns verantwortlich ist. Die gemessenen sehr neutronenreichen Radon-Isotope liefern darüber hinaus wichtige Erkenntnisse über die verschiedenen Prozesse bei der Elementsynthese in Sternen, die ganz entscheidend von Massenunterschieden zwischen den beteiligten Atomkernen abhängt. Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Frank Herfurth, GSI Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke (keV) 150 - 100 300 - 250 200 - 150 350 - 300 250 - 200 > 350 Im Diagramm sind die Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärken für verschiedene Bereiche der Nuklidkarte farbig kodiert. Der Bereich der neuen Messung ist im unteren rechten Quadranten markiert.
INTERVIEW Professor Theodor Wolfgang Hänsch arbeitet am Max- Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München. In 2005 erhielt Hänsch den Nobelpreis für Physik für seine Forschung zur laserbasierten Präzisionsspektroskopie mithilfe optischer Frequenzkammtechnik. Diese Technik ermöglichte in den vergangenen Jahren auch am GSI Helmholtzzentrum Lasermessungen mit zuvor nicht gekannter Genauigkeit. Im Rahmen des ISHIP-Symposiums stellte er seine prämierte Technik am GSI vor. Professor Hänsch, was zeichnet denn die Frequenzkammmethode im Vergleich zu anderen Frequenzstandards aus? Die Frequenzkammmethode ist eine auf extrem kurzen Laserpulsen basierende Methode zur präzisen Frequenzmessung und ermöglicht sehr genaue Zeit- und Abstandsmessungen. Sie erlaubt einen extrem präzisen Vergleich verschiedener Frequenzstandards. Insbesondere macht sie es möglich, beliebige Mikrowellenfrequenzen und optische Frequenzen mit einem kompakten und robusten Messgerät in einem Schritt zu vergleichen. Zuvor war so ein Frequenzvergleich nur mit hochkomplexen und spezialisierten Laserfrequenzketten möglich, die ganze Fabrikhallen mit Instrumenten füllten und hochkompetente Teams für den Betrieb erforderten. Wie und unter welchen Bedingungen kamen Sie auf die Idee zu dieser neuen Methode? Die Anfänge der Frequenzkammtechnik gehen auf unsere Experimente an der Stanford Universität in den siebziger Jahren GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung Ausgabe Nr. 2 zurück. Die Idee für absolute optische Frequenzmessungen mit einem universellen oktavenüberspannenden Frequenzkammgenerator habe ich im März 1997 im Detail aufgeschrieben. Auslöser war ein einfaches Experiment zur Interferenz von Weisslicht-Femtosekundenpulsen mit Marco Bellini in Florenz. Welchen Nutzen hat eigentlich die extreme Genauigkeit der Technik im Alltag? Ein Frequenzkammgenerator eignet sich zum Beispiel als Uhrwerk für optische Atomuhren. Von genaueren Atomuhren profi tieren wir auch im Alltag, zum Beispiel wenn wir im Internet surfen, ein Mobiltelefon benutzen, oder uns auf ein GPS- Navigationsgerät verlassen. Frequenzkämme werden inzwischen an sehr vielen Forschungseinrichtungen weltweit eingesetzt. Gibt es bislang noch unerschlossene Forschungsgebiete, in denen Sie in Zukunft gerne ihre Methode implementieren würden? Die Eichung astronomischer Spektrographen mit der Frequenzkammtechnik verspricht die Entdeckung erdähnlicher Planeten in fernen Sonnensystemen oder eine direkte Beobachtung der beschleunigten Expansion des Raumes im Universum. Ein ganz anderes Beispiel ist die breitbandige molekulare Fourierspektroskopie ohne bewegte optische Komponenten, mit Anwendungen von der medizinischen Diagnostik bis zur Umweltüberwachung. Sie haben in den 60er Jahren bei Professor Schmelzer, dem späteren Gründungsvater des GSI, diplomiert. Was ist Ihre wichtigste Erinnerung an diese Zeit? In meiner Diplomarbeit habe ich neue Anwendungen der Sättigungsspektroskopie mit Laserlicht demonstriert. In der anschliessenden Doktorarbeit mit Peter Toschek ging es um Quanteninterferenzeffekte in gekoppelten atomaren Dreiniveausystemen, eine Fragestellung die auch heute noch aktuell und interessant ist. Welche spannenden neuen Möglichkeiten ergeben sich - aus Ihrer Sicht - am neuen geplanten internationalen Beschleunigerzentrum FAIR für die Physik? Für mich als Laser- und Atomphysiker ist besonders die im Projekt FLAIR (Facility for Low-Energy Antiproton and Ion Research) angestrebte Erzeugung langsamer Antiprotonen von Interesse. Mit spektroskopischen Präzisionsmessungen am Antiwasserstoff kann man nach denkbaren winzigen Unterschieden zwischen Materie und Antimaterie suchen, wie Professor Jochen Walz von der Universität Mainz und wir das gegenwärtig im Rahmen der ATRAP-Kollaboration am CERN versuchen. Das Interview führte Sebastian Hess. Seite 11
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