Arbeitsgruppe

Prof. Dr. Kathrin Wimmer

In unserer Arbeitsgruppe erforschen wir die Struktur von Atomkernen. Für ein umfassendes Verständnis ist eine Kombination aus Experimenten an Beschleunigeranlagen inklusive Testung neuer Detektorsysteme, Simulationsstudien, und die Entwicklung neuer Datenerfassungssysteme und Analysemethoden gefragt. Dafür arbeiten wir nicht nur an unserem 10 MV Tandembeschleuniger, sondern auch eng mit ForscherInnen an internationalen Großanlagen zusammen.

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Verschaffen Sie sich einen Überblick über unsere Forschung und lernen Sie unser Team kennen. Unter “Join us” finden Sie Informationen zum Einstieg in unsere Arbeitsgruppe und mögliche Abschlussarbeiten.

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Atomkerne sind eine einzigartige zweifache Quantenflüssigkeit, bestehend aus zwei Arten von Fermionen: Protonen und Neutronen. Sie spielen eine Rolle auf vielen Längen- und Zeitskalen im Universum – von der Größe eines Protons (∼10⁻¹⁵ m) bis zur Größe eines Neutronensterns (∼10³ m) und von kurz nach dem Urknall (∼10⁻⁶ s) bis zum Alter des Universums (13,8 × 10⁹ Jahre).

Je nach Anzahl der Protonen und Neutronen können Kerne sehr unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Wir interessieren uns besonders für die nukleare Kollektivität, also dafür, wie viele Nukleonen an den Anregungen beteiligt sind. Die Entwicklung der Kollektivität in exotischen Atomkernen ist eng verknüpft mit der Schalenentwicklung und den magischen Zahlen. In den vergangenen Jahren wurden Kerne mit extremen Proton-Neutron-Verhältnissen untersucht, und das Verschwinden klassischer Schalenabschlüsse zeigt sich stets in Deformation und kollektiver Bewegung.

Ein quantitatives Maß für die nukleare Kollektivität ist das B(E2). Gezeigt sind hier die bekannten Daten für die erste quadrupole Anregung in even-even Kernen [1]. Diese Größe kartiert die Landschaft der Atomkerne und zeigt die Regionen nuklearer Deformation, Schalen- und Formänderungen sowie deren enge Verbindung zu den magischen Zahlen. Magische und doppelt magische Kerne werden vom Einteilchenverhalten dominiert; ihre B(E2)-Werte betragen nur wenige Weisskopf-Einheiten (ein Maß dafür, wie viele Nukleonen an der Anregung teilnehmen). Hochkollektive Kerne erreichen hingegen B(E2)-Werte von mehreren Hundert W.u., was in einer einfachen Interpretation darauf hinweist, dass viele Nukleonen an der Anregung beteiligt sind.

[1] K. Wimmer and P. Doornenbal, "Evolution of collectivity and magic numbers in exotic nuclei", Prog. Part. Nucl. Phys. (to be published)

Forschungsbereiche

Kollektivität von Kernen entlang der Nuklidkarte

Atomkerne zeigen je nach ihrer Proton-Neutron-Zusammensetzung eine Vielzahl kollektiver Verhaltensweisen. Die Entwicklung ihrer B(E2)-Werte zeigt auf, wie Schalenstruktur, Deformation und magische Zahlen die nuklearen Anregungen prägen.
Lebensdauer angeregter Kernzustände

In der In-Beam-γ-Spektroskopie liefert der zeitabhängige Dopplerverschiebungseffekt – verursacht durch die sich ändernde Ionengeschwindigkeit oder den Emissionswinkel – eine präzise „Uhr“, um Lebensdauern angeregter Kernzustände im Picosekunden- bis Nanosekundenbereich zu bestimmen.
Verbesserung der Dopplerkorrektur mit aktiven Targets

LISA verbessert Lebensdauermessungen, indem sie den Reaktionsscheitelpunkt innerhalb gestapelter aktiver Targets präzise bestimmt. Dadurch wird eine genaue Bestimmung der Ionengeschwindigkeit ermöglicht, was zu schärferen dopplerkorrigierten γ-Spektren führt.
Von passiven zu aktiven Targets

Durch den Ersatz eines dicken passiven Targets durch segmentierte aktive Schichten beseitigt LISA die durch Geschwindigkeitsunsicherheiten verursachte Linienverbreiterung und verbessert die Auflösung in Experimenten mit niederintensiven radioaktiven Strahlen erheblich.
LISA: Präzision durch genaue Lokalisation des Reaktionspunkts

Die Fähigkeit von LISA, genau jene Targetschicht zu identifizieren, in der eine Reaktion stattfindet, liefert die korrekten Werte für β und α zur Dopplerkorrektur. Dadurch steigen sowohl die Empfindlichkeit als auch die Präzision bei der Bestimmung von Lebensdauern angeregter Zustände.
Verbesserung der γ-Spektroskopie-Auflösung mit LISA

Durch die Reduzierung der effektiven Targetdicke und die Unterdrückung der geschwindigkeitsbedingten Linienverbreiterung verbessert LISA die γ-Strahlungsauflösung in Hochleistungsspektrometern wie AGATA und GRETA erheblich. Dadurch steigt die Empfindlichkeit für die Bestimmung von Lebensdauern exotischer Kerne deutlich.