SPARC Theory: Atomic Structure / Collision Dynamics

Forschungsthemen

Starke elektromagnetische Felder hochgeladener Ionen in Speicherringen und Fallen erlauben uns heutzutage, unser theoretisches Verständnis zu den fundamentalen Symmetrien und Wechselwirkungen der elementaren Materie zu erweitern. Ab-initio Rechnungen im Rahmen der relativistischen Quantenelektrodynamik (QED) bilden zusammen mit an FAIR zu gewinnenden spektroskopischen Daten eine hervorragende Basis für ein besseres Verständnis des Dirac-Vakuums in der Umgebung hochgeladener, schwerer Ionen sowie der Kernstruktur verschiedener (zum Teil kurzlebiger) Isotope. So ermöglichen atomphysikalische Techniken nicht nur die Bestimmung fundamentaler Kernparameter, wie Kernpin, Kernmomente und Ladungsradien, sondern auch die Erforschung fundamentaler Wechselwirkungen und Symmetrien von Nukleonensystemen und damit eine genaue Untersuchung des Anapolmoments. Hierzu lassen sich zum Beispiel durch das Hinzuschalten starker Laserfelder gezielt Hyperfeinübergänge induzieren, welche Aufschlüsse über Effekte der schwachen Wechselwirkung innerhalb von Atomkerne liefern und somit das Anapolmoment zugänglich machen. Ferner lassen sich die starken Laserfelder zur genauen Untersuchungen der Elektron-Positron-Paarerzeugung in der Nähe von hochgeladenen Ionen verwenden und ermöglichen somit das Studium einer direkten Signatur des Quantenvakuums.

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Während heutzutage die QED Effekte in niedrig geladenen Systemen mit schwachen elektromagnetischen Feldern sehr genau verstanden sind, ist dies nicht der Fall für hochgeladenen Systemen. Ein ausführliches Studium dieser System in starken Laserfeldern wird an der FAIR-Anlage möglich sein und so Aufschluss über die quantenelektrodynamischen Prozesse unter diesen extremen Bedingungen geben. Damit wird in absehbarer Zeit die QED auch in diesem Bereich äußerst genau getestet werden können. Neben der Erforschung des Quantenvakuums ermöglicht der zukünftig an der FAIR-Anlage verfügbare Super Fragment Separator (SFRS) ein beträchtliches Spektrum unterschiedlichster Isotope zu erzeugen und so Aufschlüsse über Struktur und Dynamik exotischer Kerne zu geben. Darüber hinaus liefert die Untersuchung von Hyperfeinübergängen dieser Isotope einen präzisen Aufschluss über Signaturen der schwachen Wechselwirkungen innerhalb von Nukleonsystemen und hilft somit das Verständnis über den fundamentalen Aufbau der Atomkerne voranzutreiben.

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