Die Ramsey-Methode in der Präzisionsmassenspektrometrie mit Penning-Fallen
Sebastian George (Institut für Physik)

Die Masse und die damit direkt verbundenen atomaren und nuklearen Bindungsenergien gehören zu den fundamentalen Eigenschaften eines Atoms bzw. Atomkerns. Daher finden hochpräzise Massenmessungen in vielen Forschungsbereichen Anwendung, unter anderem zur Überprüfung theoretischer Kernmodelle und in der Astrophysik. Die genauesten Messergebnisse werden heutzutage mit Penningfallen erzielt. Mit Experimenten wie dem Penning-Fallen-Massenspektrometer ISOLTRAP [1] an ISOLDE/CERN werden aktuell radioaktive Isotope mit Lebensdauern bis unter 1 s und relativen Massengenauigkeiten bis kleiner als 10-8 vermessen.

In dem Vortrag wird die Anwendung der Ramsey-Methode zur Quadrupolanregung der Bewegung von gespeicherten Ionen in einer Penningfalle vorgestellt, deren erstmalige Beschreibung uns kürzlich gelungen ist. Die Ramsey-Methode, für die N.F. Ramsey 1989 den Nobelpreis erhielt [2], ist eine Weiterentwicklung der Magnetresonanzmethode nach I.I. Rabi, 1944 ebenfalls mit dem Nobelpreis ausgezeichnet, mit der das magnetische Moment eines Atoms oder Moleküls bestimmt wird. Analog zur Magnetresonanzmethode wird die Breite der Resonanzkurve verringert, wenn die Ionenanregung in der Penningfalle mit zeitlich getrennten hochfrequenten Feldern erfolgt. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass die Unsicherheit bei der Bestimmung der Resonanzfrequenz mittels der Ramsey-Methode um etwa einen Faktor vier reduziert werden kann. Sowohl die theoretische Beschreibung der Bahnbewegung der gespeicherten Ionen als auch die experimentellen Ergebnisse werden präsentiert. Jüngste Ergebnisse von Präzisionsmassenmessungen werden vorgestellt und deren Anwendungen diskutiert.

1. K. Blaum et. al., Nucl. Phys. A 752 (2005) 317c.

2. N.F. Ramsey, Rev. Mod. Phys. 62 (1990) 541.