Ionenfallenapparatur-I: Kryostat

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Mit dem beantragten Gerät soll ein System bereitgestellt werden, mit dem neuartige Untersuchungen an einzelnen Molekül- und Atomionen und kleinen Ionengruppen durchgeführt werden können. In der kryogenen (4 K) Ionenfalle sollen Ionen der Masse 1 u bis ca. 400 u direkt oder sympathisch auf Temperaturen im Mikrokelvin-Bereich abgekühlt werden, d.h., nahezu in den quantenmechanischen Grundzustand der Fallenbewegung. In diesem Zustand können höchstauflösende Messungen der Übergangsfrequenzen zwischen Energiezuständen durchgeführt werden. Durch die kryogene Umgebung können ein Aufheizen der Fallenbewegung sowie der Einfluss der thermischen Hintergrundstrahlung minimiert werden. Letztere ist bei Raumtemperaturexperimenten ein signifikantes Hindernis. Neben der Strahlungskühlung soll auch Puffergaskühlung durchgeführt werden, so dass die Kühlung der internen Freiheitsgrade (Rotation, Vibration) in sowohl hetero- als auch homonuklearen Molekülen effizient erreicht werden kann. In den ersten Jahren werden als zu untersuchende Systeme die Wasserstoffmolekülionen HD+ und H2+ im Vordergrund stehen. Später sollen Zweielektronen-Molekülionen (HeH+) Untersuchungsgegenstand werden. Ziele der Forschungsarbeiten sind u. A. die Bestimmung von Fundamentalkonstanten (insbes. die Verhältnisse der Massen von Elektronen- zu Kern, Proton-zu-Deuteron, Proton-zu-Triton, Proton-zu-Helium), Tests der Quantenelektrodynamik und von ab-initio Berechnungen einfacher Quantensysteme (ein bis zwei Elektronen enthaltend) und Voruntersuchungen zur Möglichkeit von Tests der Zeitunabhängigkeit der genannten Fundamentalkonstanten.