Forschung

Ein zentrales Forschungsprojekt unserer Arbeitsgruppe ist LISA (LIfetime measurements with Solid Active targets). Die Detektoren basieren auf einkristalliner Diamanten und werden in bis zu 5x5 Schichten für LISA Experimente angeordet. Für LISA und weitere Forschungsprojekte bieten wir Themen für Abschlussarbeiten an, schauen Sie gerne vorbei:

Mehr erfahren

Die Physik der Atomkerne

Das Nebeneinander von Einzelteilchen- und kollektiven Freiheitsgraden in Atomkernen führt zu verschiedenen exotischen Phänomenen. In Kernen mit sehr asymmetrischen Proton-Neutron-Verhältnissen treibt die starke Wechelwirkung eine Schalenentwicklung voran, die den Orbitalabstand und in manchen Fällen sogar die in stabilen Kernen vorhandene Ordnung verändert. Wenn keine großen Lücken zwischen den Orbitalen bestehen, können Kerne nicht-sphärische Formen annehmen, und ihre Anregungen verlaufen durch kohärente und kollektive Bewegung vieler Nukleonen. Wo und wie Kollektivität aus der Einzelteilchendynamik von Protonen und Neutronen entsteht, ist eine offene Frage der Kernstrukturphysik, die mit LISA auf einzigartige Weise untersucht werden soll.

Das LISA Forschungsprojekt

Ziel des LISA Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Lebensdauermessung an Atomkernen. Anhand der Lebensdauern lässt sich die Kollektivität eines Kerns über Eigenschaften elektromagnetischer Übergänge untersuchen. Die experimentelle Methode basiert auf aktiven Targets und wird den Messbereich von Lebensdauern angeregter Zustände und damit die Bandbreite der in exotischen Kernen erreichbaren Übergangswahrscheinlichkeiten erheblich erweitern.

Dabei ist die Zusammenarbeit an internationalen Großforschungsanlagen und mit internationalen Kollaborationen ebenfalls von Bedeutung. In Verbindung mit modernsten γ-Strahlen-Tracking-Detektoren wie AGATA wird dieses neuartige Forschungsinstrument die derzeitigen Herausforderungen bei der Messung von Lebensdauern mit Strahlen instabiler Kerne geringer Intensität bewältigen. LISA wird die einzigartigen Möglichkeiten von FAIR nutzen, der zukünftigen europäischen Fragmentierungsanlage, die die exotischsten und intensivsten radioaktiven Ionenstrahlen liefern soll. LISA wird das Forschungsprogramm für Untersuchungen der Kernstruktur bei FAIR erheblich erweitern. Durch die von LISA ermöglichten Messungen wird sich unser Verständnis der wesentlichen Aspekte von Einzelteilchen- und Kollektivstrukturen sowie deren Wechselwirkungen erheblich vertiefen. Die Ergebnisse werden erhebliche Auswirkungen auf die theoretischen Beschreibungen und Modellierungen von Atomkernen haben und deren Vorhersagen zuverlässiger machen.

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 die Geschwindigkeit der Ionen β und den Emissions-Winkel 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.