Millionenförderung für ultrapräzise Massenmessungen an schweren, hochgeladenen Ionen: Dr. Rima Schüssler leitet Nachwuchsgruppe
09.11.2026 |
Dr. Rima Schüssler leitet seit diesem Jahr eine neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe (HIG) am Helmholtz-Institut Jena (HI Jena), ein Institut des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung auf dem Campus der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Das Team wird hochpräzise Massenmessungen an schweren, hochgeladenen Ionen (HCIs) durchführen mit dem Ziel, die Quantenelektrodynamik (QED) und damit das Standardmodell der Teilchenphysik mit bisher unerreichter Genauigkeit in starken Feldern zu testen. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert die Gruppe mit einer Million Euro über fünf Jahre. Es ist die vierte Nachwuchsgruppe, die in den letzten Jahren bei GSI/FAIR etabliert wurde – ein Zeichen für die besondere Bedeutung und Exzellenz der Nachwuchsförderung bei GSI und FAIR.
Hochpräzise Massenmessungen von hochgeladenen Ionen, wie sie die neue Forschungsgruppe von Dr. Rima Schüssler in den Fokus nimmt, leisten einen wertvollen Beitrag in verschiedensten Bereichen der Physik, z.B. bei der Bestimmung der Neutrinomasse, bei der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells und bei Tests von Einsteins Äquivalvenzprinzip (E=mc2). Solch genaue Messungen können nur mit einzelnen Ionen in einer Penningfalle durchgeführt werden. Hierbei wird die Umlauffrequenz des Ions in starken Magnetfeldern gemessen, die von der Masse abhängt. Bisher ist die Anwendung dieser Methode auf Ionen mit mittlerer Masse oder Ladungszustand beschränkt.
Die Nachwuchsgruppe plant daher, ein Penningfallen-Massenspektrometer an der HITRAP-Anlage von GSI/FAIR aufzubauen. HITRAP ist eine weltweit einzigartige Anlage, die schwere Ionen in allen Ladungszuständen aus dem Beschleuniger soweit abbremst, dass sie in Fallen eingefangen werden können. Die Kombination von Ionen aus HITRAP mit hochpräzisen Massenmessungen eröffnet die einmalige Möglichkeit, die Quantenelektrodynamik in starken Feldern zu testen. Hierbei wird durch eine Massenmessung die Bindungsenergie der Elektronen bestimmt.
Die geplanten Messungen erlauben bei einer relativen Unsicherheit von weniger als 10-11 die Bestimmung dieser Elektronenbindungsenergien mit einer Genauigkeit unter einem Elektronenvolt – und das in den schwersten Ionen. Zudem bietet eine Massenmessung einen vollständig komplementären Ansatz zu Tests der QED mit Röntgenmessungen, wie sie schon am Speicherring ESR bei GSI/FAIR durchgeführt wurden, wodurch sich Systematiken in beiden Ansätzen überprüfen lassen.
Die vorgeschlagene hochmoderne Penningfallen-Anlage mit mehreren Fallen ermöglicht es, gleichzeitig verschiedene hochgeladene Ionen zu speichern und zu messen. Die Ionen stammen dabei entweder direkt aus der HITRAP-Anlage bei GSI/FAIR für die Messung der schwersten HCIs in den höchsten Ladungszuständen oder aus einer offline Ionenquelle, die mittelschwere oder mittelhoch geladene HCIs liefert. Um die Ionen über Stunden oder sogar Tage speichern zu können, werden die Fallen auf kryogene Temperaturen von nur wenigen Kelvin gekühlt.
Während der fünfjährigen Laufzeit der HIG werden zunächst Massenmessungen mit der offline-Ionenquelle zur Inbetriebnahme des Experiments durchgeführt. Für das letzte Jahr sind dann Bindungsenergie-Bestimmungen mit Ionen aus der Beschleunigeranlage geplant.
Zwar wird HITRAP als Interims-Injektor bis 2028 als Projekt PARTIH für das bei GSI entstehende internationale Beschleunigerzentrum FAIR eingesetzt. Jedoch wird die Anlage anschließend in der ursprünglichen Form wieder als HITRAP aufgebaut werden und mit dem Strahl aus der GSI-Beschleunigeranlage das Forschungsprogramm fortgesetzt.
„Das neue Penningfallen-Setup an HITRAP eröffnet die einzigartige Chance, die Anwendung von hochpräzisen Massenmessungen auf die schwersten Ionen in den höchsten Ladungszuständen zu erweitern. Wir freuen uns darauf, mit unseren Messungen nicht nur die QED zu testen, sondern auch die Präzisionsphysik an HITRAP weiter voranzutreiben“, sagt Dr. Rima Schüssler.
Professor Thomas Stöhlker, Direktor des Helmholtz-Instituts Jena und zugleich Leiter des Forschungsbereichs Atom-, Quanten- und Fundamentalphysik von GSI/FAIR, betont: „Die ultrapräzisen Massenmessungen an hochgeladenen Ionen, wie sie mithilfe von HITRAP möglich werden, greifen fundamentale Fragen unseres Universums auf. Indem das Team die Quantenelektrodynamik mit bisher unerreichter Genauigkeit auf den Prüfstand stellt, leistet es einen entscheidenden Beitrag zur Überprüfung des Standardmodells der Teilchenphysik und stärkt unsere internationale Spitzenposition in der Grundlagenforschung.“
Professor Thomas Nilsson, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, gratuliert: „Die Bewilligung dieser Millionenförderung ist ein großartiger Erfolg und eine verdiente Auszeichnung für Dr. Rima Schüssler. Mit ihrer Expertise hat sie ein zukunftsweisendes Konzept vorgelegt, um die Grenzen des Messbaren zu erweitern. Es ist eine entscheidende Aufgabe für GSI/FAIR, durch gezielte Nachwuchsförderung wissenschaftliche Exzellenz zu sichern und talentierten Spitzenforschenden wie Dr. Rima Schüssler optimal zu unterstützen.“
Mit der neuen HIG von Dr. Rima Schüssler baut GSI/FAIR seine Rolle als Talentschmiede für die Physik von morgen weiter aus. Neben ihrer Gruppe gibt es mit Jun.-Prof. Dr. Peter Micke eine weitere Helmholtz Nachwuchsgruppe am HI Jena mit dem Ziel Präzisionsmessungen an HITRAP (Start 2023). Des Weiteren sind im Bereich der Fusionsforschung mit Hochleistungslasern die beiden vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderten Nachwuchsgruppen von Dr. Jonas Ohland (2025) und Dr. Yannik Zobus (2026) mit ihren Forschungsschwerpunkten erfolgreich tätig. (BP)
Über Dr. Rima Schüssler
Dr. Rima Schüssler ist international ausgewiesene Expertin für Präzisionsmassenspektrometrie mit Penningfallen, mit Erfahrung in kryogener Technik, Hochvakuum, Detektionssystemen und Datenanalyse. Während ihrer Promotion am MPIK Heidelberg (Gruppe Professor Klaus Blaum) trug sie maßgeblich zum Aufbau des Penningfallen Massenspektrometers PENTATRAP bei und entdeckte metastabile elektronische Zustände in hochgeladenen Ionen – ein Ergebnis, das in Nature veröffentlicht wurde und neue Perspektiven für optische Uhren in HCIs eröffnet. Nach ihrer Promotion forschte sie an der Universität Amsterdam zu Quantencomputing mit gefangenen Ionen in Paulfallen. Sie ist eng vernetzt mit Gruppen, unter anderen, in Heidelberg, Darmstadt, Amsterdam und Paris und Mitglied in den Kollaborationen ECHo (Neutrinomasse) und SPARC/APPA (Präzisionsforschung an GSI/FAIR) sowie im Organisationskomitee der European Conference on Trapped Ions (ECTI 2025).
Über die Helmholtz Investigator Groups (HIG)
Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert mit den HIGs exzellente Postdocs und bietet ihnen die Chance, eine eigene Forschungsgruppe aufzubauen. Die Auswahl erfolgt durch ein internationales Gutachterpanel.
