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Absolut- und Relativbestimmungen der Energien von 2p-1s-Übergängen in wasserstoff-, helium- sowie lithiumartigen Schwefel-, Argon- und Eisenionen

Kubicek, Katharina

English Title: Absolute and relative determination of 2p-1s x-ray transition energies in hydrogen-, helium- and lithiumlike sulfur, argon and iron ions

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Abstract

In dieser Arbeit wurden mit Hilfe einer speziell entwickelten Technik zur Bestimmung absoluter Bragg-Winkel ohne Rückgriff auf Referenzlinien hochpräzise Messungen der Wellenlängen der Lyman-$alpha_1$ Übergänge in S$^{15+}$ und Ar$^{17+}$ und der $1s2p 1^P_1 rightarrow 1s2 1^S_0$ („w“) Übergänge in S$^{14+}$ und Ar$^{16+}$ mit einem Kristallspektrometer durchgeführt. Des Weiteren wurden die Wellenlängen des w Übergangs in Fe$^{24+}$ sowie einiger dielektronischer Satelliten-Linien von Fe$^{23+}$ und Fe$^{22+}$ relativ zu den Lyman-$alpha$ Linien von Fe$^{25+}$ vermessen. Das Ergebnis der w Resonanzlinie von S$^{14+}$, 2460.626(3) eV, ist mit einer relativen Unsicherheit von ca. 1.2 ppm die bisher genaueste Röntgenwellenlängenmessung in hochgeladenen Ionen, was es ermöglicht, theoretische Vorhersagen über Zwei-Elektronen und Zwei-Photonen QED-Korrekturen für heliumartige Systeme zu überprüfen. Die Resultate für die Übergänge in Fe$^{23+}$ zeigen innerhalb ihrer Unsicherheiten von nur wenigen ppm eindeutige Diskrepanzen zu gängigen, bisher für gültig befundenen Modellen des Li-artigen Systems für Z = 26. Eine exzellente Übereinstimmung mit den Vorhersagen für wasserstoffartige Systeme, die sehr kleine theoretische Unsicherheiten aufweisen, demonstriert einerseits die Zuverlässigkeit unserer Methode. Andererseits stellen diese Messungen aber auch die genaueste experimentelle absolute Überprüfung solcher Berechnungen dar. Die in früheren Experimenten noch vorliegende systematische Korrektur konnte mit einem Aufbau, bei dem die Ionenwolke als Punktquelle erscheint, nahezu vollständig reduziert werden.

Translation of abstract (English)

Within this work, high-precision wavelength measurements were carried out without reference lines on the Lyman-$alpha_1$ transitions in S$^{15+}$ and Ar$^{17+}$, as well as the $1s2p 1^P_1 rightarrow 1s2 1^S_0$ („w“) transitions in S$^{14+}$ and Ar$^{16+}$ making use of a special technique of Bragg-angle determination in combination with a flat crystal spectrometer. The wavelengths of the w line in Fe$^{24+}$ and dielectronic satellite lines in Fe$^{23+}$ and Fe$^{22+}$ were also measured with respect to the Lyman-$alpha$ lines in Fe$^{25+}$. The result for the resonance line in S$^{14+}$ of 2460.626(3) eV with a relative uncertainty of approx. 1.2 ppm is the most precise x-ray wavelength reported for highly charged ions to date, and allows to test recent predictions for QED two-electron and two-photon radiative corrections for He-like ions. The values obtained for the wavelengths of the lines in Fe$^{23+}$ reveal a significant discrepancy with predictions for the Li-like system with Z = 26. The excellent agreement with predictions for the hydrogen-like systems, which have very small theoretical uncertainties, demonstrates on one hand the reliability of our method. On the other hand, these measurements constitute the most accurate absolute test of those calculations. The already small sources of systematic uncertainty in previous experiments were nearly completely eliminated by using a setup in which the ion cloud appears as a point source.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Crespo Lopez-Urrutia, Dr. PD José R.
Date of thesis defense: 7 July 2010
Date Deposited: 03 Aug 2010 14:06
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Röntgenspektroskopie, Kristallspektrometer, Präzisionsmessung, Ion, Wellenlänge
Uncontrolled Keywords: hochgeladene Ionen , Elektronenstrahlionenfalle , Spektroskopie , Atomphysik , ebene Kristallex-ray spectroscopy , crystal spectrometer , precision measurement , ion , wavelength
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