Volltext - Fachbereich Physik - Universität Hamburg

Kapitel 1.
Einführung
grund gesehen werden, dass erst mit Galileo Galilei (1564 - 1642) ein Wechselspiel
aus Theorie und Experiment einsetzte, und sich der Interessenschwerpunkt von
allgemeinen philosophischen Fragen auf konkrete physikalische und chemische Probleme
zu verlagern begann [6]. Damit zeigt sich, welche zentrale Bedeutung dem
Experiment zukommt und rechtfertigt den großen Aufwand, mit dem der Aufbau
technischer Geräte und Anlagen zur Untersuchung von Quantenprozessen betrieben
wird.
Eine solche Anlage ist die P04-Variable Polarization XUV Beamline des neuen
PETRA III Speicherrings am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY). Hier
können u.a. die Vorgänge und energetischen Verhältnisse in der Elektronenhülle von
Atomen und Molekülen und deren Manipulation mittels Experimenten zur Photoionisationsdynamik
von Atomen und Molekülen untersucht werden. Zu diesem Zweck
wurde ein an die P04-Beamline angepasstes Spektrometer für koinzidente Flugzeitbzw.
Time-of-Flight-Messungen (ToF) aufgebaut. Eine Erläuterung des Arbeitstitels
„Aufbau eines hocheffizienten Photoelektron-Photoion-Koinzidenzexperiments“
soll einen einleitenden Überblick über seine Funktionsweise und die verwendete Methodik
verschaffen.
Flugzeitspektroskopie von Photoelektronen und -Ionen
Bei der Photoionisation wird ein Atom durch die Wechselwirkung eines Photons
mit einem Elektron aus der Atomhülle ionisiert. Dabei werden ein oder mehrere
Elektronen freigesetzt. Die Photoionisation von Molekülen kann zusätzlich zur Entstehung
mehrerer ionisierter Molekülfragmente führen. Zur Flugzeitspektroskopie
nutzt man eine gepulste Lichtquelle und es wird die Flugzeit solcher Photoelektronen
und -ionen zwischen dem Ionisationszeitpunkt in einer Ionisationszone und der
Ankunft an einem Detektor gemessen.
Aus der Flugzeitmessung von Photoionen lässt sich die Masse oder, wenn die
Ionisation in einem elektrischen Feld stattfindet, das Masse-/Ladungsverhältnis bestimmen.
Im Gegensatz dazu hängt die Flugzeit der freigesetzten Elektronen von
der Photonenenergie und den energetischen Verhältnissen in der Elektronenhülle
während des Ionisationsprozesses ab.
Koinzidenzmessungen
Bei einer Koinzidenzmessung wird im Allgemeinen ein einzelnes Ereignis als Ursache
für das Auftreten zweier oder mehrerer zeitlich korrelierter Signale angenommen.
Im Fall der Flugzeitspektroskopie bildet die Photoionisation das Ereignis, während
Elektronen und Ionen mit ihrer Ankunft am Detektor die Signale erzeugen.
Durch die Korrelationsannahme steht zum einen ein zusätzlicher Signalfilter zur
Verfügung, womit annähernd untergrundfreie Messungen ermöglicht werden. Dabei
gelangen einzelne Untergrundsignale, die z.B. durch das Rauschen des Detektors
erzeugt werden, wegen der fehlenden Korrelation nicht zur Auswertung. Zum anderen
ermöglichen Messungen von Koinzidenzen qualitative und quantitative Analysen
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