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Atomphysik

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen hat über die Kern- und Hadronenphysik hinaus auf vielen anderen Gebieten zu grundlegenden neuen Erkenntnissen geführt. Ein Arbeitsfeld, das durch die Verfügbarkeit hochgeladener schwerer Ionen und Antiprotonen wesentliche neue Impulse erhalten hat, ist z. B. die Atomphysik.

Atomphysik mit hochgeladenen schweren Ionen

Anders als bei der Starken Wechselwirkung, besitzen wir für die elektromagnetische Wechselwirkung, die den Bau der Atome bestimmt, eine sehr gute und verlässliche Theorie - die Quantenelektrodynamik. Fragen zur Gültigkeit bzw. zur genauen Form dieser Theorie existieren jedoch noch nicht für den Fall sehr hoher elektrischer und magnetischer Felder.

Solche starken Felder sind in hochgeladenen schweren Ionen, z. B. wasserstoffähnlichem Uran-91+, realisiert und lassen sich in Experimenten mit fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigten Ionen noch weiter steigern. Dabei können die Felder kurzzeitig so hoch werden, dass spontan Elektron-Positron-Paare aus dem Vakuum gebildet werden. Auf diese Weise wird das neue Projekt einzigartige neue Erkenntnisse zur Physik ultrastarker elektromagnetischer Felder und zur Quantenelektrodynamik bei hohen Feldern erschließen.

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In wasserstoffähnlichen Ionen steigt die elektrische Feldstärke mit der Kernladung. Experimente an schweren hochgeladenen Ionen eignen sich somit besonders gut für Präzisionstests der Quantenelektrodynamik in starken elektrischen Feldern.
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung