Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2002
Programm und Abstracts der Sitzung A 3

Erzeugung und Bereitstellung großer Mengen an hochpolarisiertem ³He für die Kernspintomographie der Lunge

•Jörg Schmiedeskamp und Ernst W. Otten
Institut für Physik, Universität Mainz, D-55099 Mainz

Durch optisches Pumpen kann ³He auf Polarisationsgrade größer 50 % aufpolarisiert werden und eignet sich dank dieser hohen Magnetisierung sehr gut als Kontrastmittel für die Kernspintomographie. Wir diskutieren in diesem Vortrag die Anforderung, die diese Anwendung an die Physik stellt und den derzeitigen Stand ihrer Realisierung: 1. Hoher Polarisationsgrad bei großem Durchsatz. Zur Zeit können ca. 50 l pro Tag mit P = 50 % erzeugt werden 2. Aufbewahren in relaxationsarmen Gefäßen. 3. Transport in abgeschirmten magnetischen Feldern vom Polarisator zum Anwender. 4. Polarimetrie.a) Messung der statischen Magnetisierung an der Außenwand des Glasbehälters b) Messung des Induktionsstosses bei der Verabreichung des Gases. 5. Applikatoreinheit: Veragreichung dosierter Boli an polarisiertem ³He in einem bestimmten Zeitintervall. Funktionelle Studien, wie z.B. die Messung des Sauerstoffprofils in der Lunge, wären ohne dieses Präzisionsgerät nicht machbar. 6. Auffangen und Rückgewinnung.

Düsenstrahlen mit superflüssigem Helium

•Robert E. Grisenti und J. Peter Toennies
Max-Planck-Institut für Strömungsforschung, Bunsenstr. 10, D-37073 Göttingen

Ein flüssiger Helium Strahl wurde erzeugt durch Expansion durch Düsen mit verschiedenen Durchmessern (d₀ = 0.1-5 mm) und Quellendrücken P₀ ³ 1 bar in einem Badcryostat bei Temperaturen von 1.7 bis 4.2 K. Die mittlere Strahlgeschwindigkeit sinkt langsam bei sinkender Temperatur von 4.2 K bis zu dem ``Lambda-Punkt'', T_l @ 2.17 K. Dort fällt die Geschwindigkeit schlagartig von ~ 300 m/sec auf einen konstanten Wert von etwa 30-60 m/sec, je nach Düsentyp und Quellendruck. Die Druckabhängigkeit der Strahlgeschwindigkeit unter dem Lambda-Punkt gehorcht der Bernoulli-Gleichung für Drücke bis 10 bar. Bei Unterschreitung des Lambda-Punkts steigt der Fluss um einen Faktor 10 an und gleichzeitig reduziert sich die Strahldivergenz von einer cos²J Verteilung auf eine Halbwertsbreite von ~ 1-20 mrad je nach Düsengeometrie. Bei Quellenbedingungen entsprechend der superflüssigen Phase wurde eine mittlere Geschwindigkeit von @ 30 m/s gemessen, was deutlich unter der kritischen Landau-Geschwindigkeit liegt. Dies ist der langsamste He-Strahl der je gemessen wurde.

Instabilitäten einer Elektronenwolke in einer Penningfalle

•Carmen Angelescu¹, Peter Paasche¹, Sharath Ananthamurthy² und Günther Werth^1
1Johannes Gutenberg Universität, Institut für Physik, 55099 Mainz, Germany
²Bangalore University, Department of Physics,560056, Bangalore, India

Wir haben eine Wolke aus ca. 10⁵ Elektronen in einer Penningfalle von 1,5 cm Radius und überlagertem Magnetfeld bis zu 80 G gespeichert. Bei Variation der Speicherspannung findet man, daß eine Speicherung bei bestimmten Spannungen nicht möglich ist, insbesondere oberhalb der Hälfte der theoretisch maximal erlaubten Spannung für stabile Speicherung. Die Instabilitäten treten auf, wenn die drei Eigenfrequenzen der oszillatorischen Bewegung in der Falle, die modifizierte Zyklotronfrequenz w_c¢, die achsiale Frequenz w_z, und die Magnetronfrequenz wm die Relation bilden

Erst Messung von Hyperfeinübergängen in antiprotonischem Helium

•Eberhard Widmann
Department of Physics, University of Tokyo

Im Jahr 2001 gelang es der ASACUSA Kollaboration am Antiproton Decelerator (AD) des CERN erstmals, mikrowelleninduzierte Übergänge zwischen Hyperfeinniveaus in antiprotonischem Helium zu beobachten. Es handelt sich um die Hyperfeinniveaus eines hochangeregeten Zustands mit Hauptquantenzahl 37 und Drehimpulsquantenzahl 35 des exotischen Dreikörpersystems p-e^--He²⁺. Die beobachteten Übergänge bei ~ 12.91 GHz ensprechen einem Elektronspinflip bezüglich des durch den Bahndrehimpuls des Antiprotons verursachten magnetischen Moments. Die erreichte experimentelle Genauigkeit ist 1.5×10^-5, und die gemessenen Übergangsfrequenzen stimmen mit Dreikörper-QED Rechnungen auf < 3×10^-5 überein. Dies entspricht etwa der Genauigkeit der Rechnungen, da dort Terme der relativen Ordnung a² » 5×10^-5 nicht mehr berücksichtigt werden.

Dies ist die erste genaue Messung des bahn-magnetischen Moments eines zusammengesetzten Teilchens, und stellt einen wichtigen "Benchmark" für die Dreikörper-QED Rechnungen dar. Die Hyperfeinstruktur von antiprotonischen Helium hängt darüber hinaus vom spin-magnetischen Moment das Antiprotons ab, das eine wichtige Größe für Tests der CPT-Symmetrie darstellt und experimentell nur zu 0.3% bekannt ist.

Parity nonconservation from beams of highly charged ions

•Andrei Nefiodov, Guenter Plunien und Gerhard Soff
Institut fuer Theoretische Physik, Technische Universitaet Dresden, Mommsenstr. 13, D-01062 Dresden

The most accurate experiment on parity-nonconservation (PNC) effects has been performed for neutral Cs atoms. A recent analysis indicates a possible deviation up to 2.2s of the experimental value for the weak charge Q_w of ¹³³Cs from the value predicted by the standard model of electroweak interactions. The main uncertainty results from the theoretical evaluation of PNC matrix elements that require the inclusion of electron-electron correlations, the Breit interaction, and radiative corrections. To resolve this discrepancy, one can consider simpler electronic systems, in particular, heliumlike highly charged ions. Experiments with heavy ions could also provide a test of the standard model in strong fields and beyond the tree level. Instead of the standard measurement of circular dichroism which is rather difficult to perform for x-rays, one could propose a quenching-type experiment with interference of hyperfine- and weak-quenched transitions. The latter leads to an asymmetry of the photon emission relative to the ion beam polarization. With complete beam polarization, the magnitude of the asymmetry in photon counting rates reaches about 10^-4 in europium isotopes. In heliumlike ions, there is also an unique opportunity to observe a net nuclear spin-dependent P-odd effect due to the near-degeneracy of the 1s2s ¹S₀ and 1s2p ³P₁ levels for nuclear charge numbers Z close to 32.

Ionenmobilitätsmessungen im Bereich der superschweren Elemente mit Z ³ 100

•M. Sewtz¹, H. Backe¹, A. Dretzke¹, K. Eberhardt², C. Grüning², R. G. Haire³, J.V. Kratz², G. Kube¹, W. Lauth¹, P. Schwamb¹, P. Thörle² und N. Trautmann^2
1Institut für Kernphysik und
²Institut für Kernchemie der Universität Mainz, D- 55099 Mainz
³ORNL, Oak Ridge, TN 37831, USA

Zur optischen Spektroskopie an Fermium (Z=100) wurde eine Probe von 1,9 ng ²⁵⁵Fm mit einer Halbwertszeit von 20,1 h im Hochflussreaktor HFIR am ORNL, Oak Ridge, erbrütet. Durch Stromheizen bei etwa 1000 ^°C wurden die Fm- Atome von einem Filament in das Puffergas einer optischen Zelle abgeheizt, mit einer Excimer- Farbstofflaser Kombination resonant ionisiert, die Ionen mit elektrischen Feldern zu einer Düse fokussiert und mit dem Puffergas ausgespült. Hinter einer differentiellen Pumpstrecke wurden die Ionen schließlich massenselektiv nachgewiesen [1]. Es wurden Linienverschiebungen in den Zeitspektren atomarer und molekularer Ionen beobachtet. Die Transportzeit der Ionen vom Ionisationsort zum Detektor wird im Wesentlichen von der Driftzeit im Puffergas bestimmt. Prinzipiell kann daraus die Ionenmobilität bestimmt werden. Unter der Annahme harter Kugeln können weiterhin Ionenradien abgeleitet werden. Die relative Differenz der Ionenradien von Fm⁺ und Cf⁺ wurde zu -2% bestimmt. Dieser Wert kommt relativistischen Rechnungen nahe, die eine Kontraktion von -3% vorhersagen [2]. Die Arbeit wurde unterstützt vom BMBF (06 MZ959I).

[1] H. Backe et al., Nucl. Instr. Meth. B 126, 406 (1997).

[2] J.P. Desclaux, At. Data Nucl. Data Tables 12 311 (1973).

Entwicklung einer kompakten vollpermanenten 14.5 GHz Elektron Zyklotron Resonanz (EZR) Ionenquelle

•Roland Trassl¹, Ernst Galutschek², Erhard Salzborn¹, Hannspeter Winter² und Friedrich Aumayr^2
1Institut f. Kernphysik, Justus Liebig Universität, Gießen
²Institut f. Allgemeine Physik, TU Wien

Um in Experimenten zur Ion-Oberflächen-Wechselwirkung den Einfluss der potentiellen Energie der Projektilionen studieren zu können, werden Quellen für möglichst langsame und möglichst hochgeladene Ionen benötigt. Im Rahmen des EU-Netzwerks LEIF (Low Energy Ion Beam Facilities) wurde dafür eine 14.5 GHz EZR Ionenquelle mit folgenden Eigenschaften entwickelt.

Die für den Plasmaeinschluss notwendigen Magnetfelder werden ausschließlich durch Permanentmagnete (NdFeB) erzeugt. Um die Erzeugung hochgeladener Ionen zu begünstigen, wurde die Wand der Plasmakammer aus Aluminium gefertigt und eine sogenannte ''biased-disk'' Elektrode, ebenfalls aus Aluminium, vorgesehen. Erste Ergebnisse bzgl. der Betriebsparameter und der Leistungsfähigkeit dieser Ionenquelle werden vorgestellt und diskutiert.

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Zuletzt geändert am 14.11.2002

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