German Title: Die g-Faktor von hochgeladenen Schwerionen zum Überprüfung der Quantenelektrodynamik

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Abstract

This thesis describes the design and construction of an experiment to test quantum electrodynamics (QED) in the presence of strong electromagnetic fields. The g-factor of a charged particle is a dimensionless constant. It relates the particle’s magnetic moment to its angular momentum and as such it determines the strength of the interaction between the particle and the magnetic field. In the case of an electron bound in the field of a heavy nucleus, the g-factor is predicted to great accuracy by bound-state quantum electrodynamics (BS-QED). Thus, the accurate determination of the g-factor of an ion inside a Penning trap serves as a stringent test of BS-QED. A bunch of heavy highly-charged ions are created and decelerated at the GSI-HITRAP facility. The bunch is finally captured and cooled to 4 Kelvin inside the Cooler trap. The cold ions are transported and injected into the g-factor Penning trap. Here the g-factor is determined using laser-microwave double-resonance spectroscopy. Presently, electron trapping is possible inside the Cooler trap and the trap is being prepared to trap ions.

Translation of abstract (English)

Diese Arbeit beschreibt die Konzeption und den Aufbau eines Experiments zum Test der Quantenelektrodynamik (QED) in Gegenwart von starken elektromagnetischen Feldern. Der g-Faktor eines geladenen Teilchens ist eine dimensionslose Konstante. Er beschreibt das Verhältnis des magnetischen Moments des Teilchens zu seinem Drehimpuls und bestimmt die Stärke der Wechselwirkung zwischen dem Teilchen und dem Magnetfeld. Im Fall eines Elektrons, das im Feld eines schweren Kerns gebunden ist, wird der g-Faktor mit großer Genauigkeit von der Quantenelektrodynamik gebundener Zustände (BS-QED) vorhergesagt. Somit dient die genaue Bestimmung des g-Faktors eines Ions in einer Penning-Falle als strenge Überprüfung der BS-QED. Ein Bündel von schweren hochgeladenen Ionen wird an der GSI-HITRAP Anlage erzeugt und abgebremst. Die Ionen werden schließlich in der Kühlerfalle eingefangen und auf 4 Kelvin abgekühlt. Die kalten Ionen werden in die g-Faktor-Penning-Falle transportiert und eingeschossen. Hier wird der g-Faktor wird mit Hilfe von Laser-Mikrowellen-Doppel-Resonanz-Spektroskopie bestimmt. Derzeit ist das Einfangen von Elektronen in der Kühlerfalle möglich, und die Falle ist bereit, Ionen in den nächsten Monaten zu speichern.