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Dynamics in charge transfer and ionization processes in fast ion-helium collisions

Schneider, Katharina Elisabeth

German Title: Dyamik in Ladungstransfer- und Ionisationsprozessen in schnellen Ion-Helium Stößen

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Abstract

In the course of this work transfer ionization (TI), radiative electron capture (REC), and single ionization (SI) in fast ion-helium collisions have been studied. For this purpose, two experimental techniques, a coincident ion-electron momentum spectrometer, namely a Reaction Microscope (REMI) and the heavy ion storage ring TSR, providing excellent beam properties, have been combined. In TI, i.e. the ejection of one plus the capture of a second target electron, the role of electron-electron correlations is of particular interest. In order to unravel different correlated as well as uncorrelated mechanisms, differential data has been recorded for different perturbations (projectile charge to speed ratio). For the first time strong evidence of a recently proposed, correlated TI process was found experimentally. In a second, pioneering experiment it has been attempted to perform the first kinematically complete measurement on REC. Here, an electron from the target is captured by the projectile simultaneously emitting a photon. In order to observe the emerging photons, a detector covering a large solid angle has been designed and implemented in the REMI. Although three particle coincidences have been recorded between recoil ions, projectile ions, and photons, experimental proof of the acquisition of REC coincidences was prevented due to limited statistics. Finally, in studies on SI, the influence of the projectile beam coherence properties on the collision dynamics has been investigated. The pronounced differences to earlier data taken with a projectile beam with much smaller coherence length provide evidence for its influence on the ionization dynamics, which is generally neglected in theoretical calculations. These results could pave the way to a final resolution of the long standing question on the origin of the discrepancies between theory and experiment in fully differential cross sections.

Translation of abstract (German)

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Transferionisation (TI), radiativer Elektroneneinfang (REC) und Einfachionisation (SI) in schnellen Ion-Atom Stößen untersucht. Dafür wurde ein Reaktionsmikroskop (REMI) in den Schwerionenspeicherring TSR implementiert, der exzellente Strahleigenschaften aufweist. In TI, bei der ein Elektron in das Projektilion eingefangen und ein weiteres emittiert wird, ist die Rolle der Elektronenkorrelationen von besonderem Interesse. Um unterschiedliche korrelierte und unkorrelierte Mechanismen trennen zu können, wurden differentielle Daten für unterschiedliche Störungen (Verhältnis von Ladung zu Geschwindigkeit des Projektils) aufgenommen. Ein korrelierter TI-Prozess, der erst kürzlich vorhergesagt wurde, konnte damit experimentell bestätigt werden. Ein weiteres Experiment hatte zum Ziel, den REC erstmalig kinematisch vollständig zu vermessen. In diesem Mechanismus wird der Einfang eines Elektrons in einen gebundenen Zustand des Projektils durch die Emission eines Photons ermöglicht. Um diese zu beobachten wurde zusätzlich ein Photonendetektor in das Reaktionsmikroskop implementiert. Dadurch konnten Dreifachkoinzidenzen zwischen Rückstoßionen, Projektilionen und Photonen aufgenommen werden, jedoch verhinderten die limitierte Strahlzeit und der hohe Untergrund die eindeutige Zuordnung der Photonen zum REC. In den Messungen der SI wurde der Einfluss der Kohärenzeigenschaften des Projektilstrahls auf die Stoßdynamik untersucht. Deutliche Unterschiede zu früheren Daten, die mit einem Strahl mit viel kleinerer Kohärenzlänge aufgenommen wurden, weisen deren Einfluss auf die Dynamik des Stoßprozesses nach. In theoretischen Rechnungen wird dieser Einfluss generell vernachlässigt. Diese Ergebnisse sind ein Schritt zur Klärung der Diskrepanzen zwischen Theorie und Experiment in den vollständig differentiellen Wirkungsquerschnitten.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Fischer, Dr. Daniel
Date of thesis defense: 13. June 2012
Date Deposited: 21. Jun 2012 11:12
Date: 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Ionisation, Ladungstransfer, Elektronentransfer, Ion-Atom-Stoß
Uncontrolled Keywords: Transferionisationion-atom collision , charge transfer , electron transfer , ionization , transfer ionization
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