Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2003
Programm und Abstracts der Sitzung A 2

Two-photon ionization of heavy, few-electron ions

•Peter Koval, Stephan Fritzsche und Andrey Surzhykov
Universität Kassel, D-34132 Kassel, Germany

Multi-photon excitation and ionization processes have been widely explored during the last decades. Until now, however, these studies were restricted mainly to excitations from the valence shells due to the lack of proper VUV and x-ray laser sources. Owing to the development of free-electron lasers (XFEL's), multi-photon experiments are likely to be extended soon to include also inner-shell phenomena.

To understand the behaviour of the two-photon ionization in medium and heavy elements, the non-resonant total cross sections are calculated by means of second-order perturbation theory, based on Dirac's equation. In contrast to previous investigations, we apply a Green's function approach to deal with the infinite summation over the complete spectrum of the atomic states. In this contribution, we will explain the construction of effective (one-particle) Green's functions in a central-field potential and show, how the two-photon total ionization cross sections compare with each other for ions along the hydrogen and helium isoelectronic sequences.

Ionisation und Stabilisierung im Zwei-Elektronen-Modellatom ohne Dipolnäherung

•Andreas Staudt¹, Jens Prager² und Christoph H. Keitel^1
1Theoretische Quantendynamik, Physikalisches Institut, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, D-79104 Freiburg
²Interdisziplinäres Zentrum für wissenschaftliches Rechnen, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 368, D-69120 Heidelberg

In den letzten Jahren ist bei der Doppelionisation von Atomen deutlich geworden, daß die Korrelation der Photoelektronen einen signifikanten Einfluß auf die Ionisationsdynamik ausübt [1-3]. Bei der Wechselwirkung mit hochintensiven Laserpulsen (erzeugt z.B. durch Freie Elektron Laser) darf selbst im Hochfrequenzbereich die durch die Lorentzkraft des Lasers erzeugte Drift nicht immer vernachlässigt werden.

Mittels eines Modellatoms für Helium, das die Integration der Schrödingergleichung in zwei Dimensionen unter Einbeziehung der Magnetfeldeffekte ermöglicht [4], werden die Wechselwirkungen der Elektronen mit dem Kern, dem Laser, sowie untereinander untersucht. Es zeigt sich, daß im hochfrequenten Laserpuls die Stabilisierung des Atoms und die Dynamik der Elektronen durch das Lasermagnetfeld sowie die dynamische Elektron-Elektron-Wechselwirkung entscheidend beeinflusst werden.

[1] T. Weber et al., Phys. Rev. Lett. 84, 443 (2000); R. Moshammer et al., ibid. 84, 447 (2000)

[2] A. Becker und F.H.M. Faisal, Phys. Rev. Lett. 84, 3546 (2000)

[3] M. Dammasch et al., Phys. Rev. A 64, 061402 (2001)

[4] J. Prager et al., Phys. Rev. A 64, 045402 (2001) und J. Phys. B 35, L167 (2002)

Atomare Dirac-Dynamik in hochintensiven Laserfeldern

•Guido R. Mocken und Christoph H. Keitel
Theoretische Quantendynamik, Physikalisches Institut, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Straße 3, D-79104 Freiburg, Germany

Die großen Fortschritte der letzten Zeit sowohl bei der Erzeugung hochintensiver Laserstrahlung als auch bei der Produktion hochgeladener Ionen haben das Interesse an der Elektrondynamik in lasergetriebenen ionischen Systemen stark wachsen lassen [1]. Bei Laserintensitäten jenseits 10¹⁸\fracWcm², wenn sich die klassische Geschwindigkeit des Elektrons der Lichtgeschwindigkeit nähert, wird eine relativistische Behandlung unvermeidlich, da relativistische Effekte wie die Massenverschiebung, der Einfluß des Magnetfeldes und des Elektronenspins relevant werden [2].

Um diese zu berücksichtigen, lösen wir, basierend auf dem Split-Operator-Verfahren, die Diracgleichung numerisch in zwei plus eins Dimensionen und untersuchen hiermit die laserassistierte Wechselwirkung eines ursprünglich freien und ruhenden Elektron-Wellenpakets mit einem oder mehreren hochgeladenen Ionen. Unser besonderes Interesse gilt der Entstehung von Interferenzeffekten durch die Streuung und ihrer Weiterentwicklung im Laserfeld.

[1] C. J. Joachain, M. Dörr, N. Kylstra, Adv. At. Mol. Phys. 42, 225-286 (2000); C. H. Keitel, Contemp. Phys. 42, 353-363 (2001).

[2] Beispielsweise: F. H. M. Faisal, T. Rado\. zycki, Phys. Rev. A 47, 4464-4473 (1993); U. W. Rathe, C. H. Keitel, M. Protopapas und P. L. Knight, J. Phys. B 30, L531 (1997); D. B. Milosevic, S. Hu, W. Becker, Phys. Rev. A 63, 011403 (R) (2001).

Paarerzeugung in Stößen relativistischer Ionen mit intensiven Laserfeldern

•Carsten Müller¹, Alexander B. Voitkiv² und Norbert Grün^1
1Institut für Theoretische Physik, Justus-Liebig-Universität, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen
²Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg

Wir untersuchen die Produktion von Elektron-Positron-Paaren durch Multiphotonen-Absorption beim Stoß eines hochrelativistischen Ions mit einem intensiven Laserstrahl. Die Wechselwirkung der Leptonen mit dem Laserfeld wird exakt behandelt; ihre Wechselwirkung mit dem Ion wird als Störung beschrieben. Wir berechnen sowohl energie- und winkeldifferentielle Produktionsraten als auch die totale Rate in Abhängigkeit von der Laserintensität und der Energie des Ions. Unsere Resultate lassen darauf schließen, dass der untersuchte Prozess mit Hilfe der nächsten Beschleunigergeneration (LHC) experimentell zugänglich sein sollte.

Atoms in strong X-ray pulses

•Ulf Saalmann
Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38, 01187 Dresden

Ionization of atoms in strong X-ray pulse differs fundamentally from that under optical laser impact. First of all, it starts from the inside because photoionization cross sections at X-ray wavelengths are considerably higher for the inner shells than for the valence shells. Multiple single-photon ionization is possible, in particular because the inner-shell holes created by photoionization are refilled by Auger-like processes. Due to this almost instantaneous refilling of the inner shells they can be ionized many times during the pulse and thus the atoms can be efficiently ``pumped dry''. This occurs ``inside-out'' and is the exact opposite to the ionization mechanism in the visible wavelength regime where the electrons are removed from the outside like shells of an onion. We discuss the relevant time scales of these competing processes.

Cluster in strong X-ray pulses

•Ulf Saalmann
Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38, 01187 Dresden

The effect of intense X-ray laser interaction on argon clusters is studied theoretically with a mixed quantum/classical approach. In comparison to a single atom we find that ionization of the cluster is suppressed, which is in striking contrast to the observed behavior of rare-gas clusters in intense optical laser pulses. We have identified two effects responsible for this phenomenon: A high space charge of the cluster in combination with a small quiver amplitude and delocalization of electrons in the cluster. Both effects are more important for the larger cluster investigated and the relative weight of both effects depends on field strength and cluster size. Our findings indicate that in general the coupling of energy from the laser light to matter is less effective at high frequencies [Ulf Saalmann and Jan-Michael Rost, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 143401].

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Zuletzt geändert am 08.04.2003

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