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Two-photon processes in highly charged ions

Jahrsetz, Thorsten

German Title: Zweiphotonenprozesse in hochgeladenen Ionen

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Abstract

Two-photon processes are atomic processes in which an atom interacts simultaneously with two photons. Such processes describe a wide range of phenomena, such as two-photon decay and elastic or inelastic scattering of photons. In recent years two-photon processes involving highly charged heavy ions have become an active area of research. Such studies do not only consider the total transition or scattering rates but also their angular and polarization dependence. To support such examinations in this thesis I present a theoretical framework to describe these properties in all two-photon processes with bound initial and final states and involving heavy H-like or He-like ions. I demonstrate how this framework can be used in some detailed studies of different two-photon processes. Specifically a detailed analysis of two-photon decay of H-like and He-like ions in strong external electromagnetic fields shows the importance of considering the effect of such fields for the physics of such systems. Furthermore I studied the elastic Rayleigh as well as inelastic Raman scattering by heavy H-like ions. I found a number of previously unobserved phenomena in the angular and polarization dependence of the scattering cross-sections that do not only allow to study interesting details of the electronic structure of the ion but might also be useful for the measurement of weak physical effects in such systems.

Translation of abstract (German)

Zweiphotonprozesse sind atomare Prozesse, in denen ein Atom gleichzeitig mit zwei Photonen wechselwirkt. Solche Prozesse beschreiben eine Vielzahl an Phänomenen, wie z.B. den Zweiphotonenzerfall und elastische oder inelastische Photonenstreuung. In den letzten Jahren sind Zweiphotonprozesse in hochgeladenen Ionen ein aktives Forschungsgebiet geworden. Neue Studien beschäftigen sich nicht nur mit den Absolutwerten der Übergangsraten oder Wirkungsquerschnitten, sondern auch mit ihrer Winkel- und Polarisationsabgängigkeit. Um derartige Studien zu unterstützen, stelle ich in dieser Dissertation ein Verfahren vor, mit dem solche Eigenschaften für alle Zweiphotonenprozesse mit gebundenen Anfangs und Endzuständen in schweren wasserstoff- und heliumähnlichen Ionen berechnet werden können. Es wird dargestellt, wie dieses Verfahren für detaillierte Studien verschiedener Zweiphotonenprozesse angewandt werden kann. Insbesondere wurde eine Analyse von dem Zweiphotonzerfall angeregter Ionen in starken elektrischen Feldern durchgeführt, bei der sich die Bedeutung solcher Felder in diesen Systemen zeigte. Neben diesen Zweiphotonenstudien untersuchte ich elastischer Rayleigh und inelastischer Raman Streuung an schweren wasserstoffähnlichen Ionen. Dabei wurden eine Reihe neuer Phänomene beobachtet, die einen tiefen Einblick in die elektronische Struktur von schweren Ionen ermöglichen und eventuell Anwendung in der Messung schwacher physikalischer Effekte finden könnten.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Surzhykov, Priv. Doz. Dr. Andrey
Date of thesis defense: 5 March 2015
Date Deposited: 12 Mar 2015 08:31
Date: 2015
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Atomic physics, highly charged ions, Two-photon decay, Photon scattering
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