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A study of the accuracy of the Penning trap mass spectrometer ISOLTRAP and Standard-Model tests with superallowed beta decays

Kellerbauer, Alban

German Title: Eine Untersuchung der Genauigkeit des Penningfallen-Massenspektrometers ISOLTRAP und Tests des Standard-Modells mit Hilfe von übererlaubten Beta-Zerfällen

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Abstract

ISOLTRAP ist ein Penningfallen-Massenspektrometer, das an dem on-line Isotopenseparator ISOLDE/CERN installiert ist. Es dient der Messung der atomaren Massen von kurzlebigen radioaktiven Nukliden. Die statistischen Meßungenauigkeiten einzelner Massenmessungen erreichen in etwa 10E-8. Mit Hilfe von Kohlenstoffcluster-Ionen, deren Massenverhältnisse exakt bekannt sind, wurden die unterschiedlichen Beiträge zur Gesamtmeßungenauigkeit einer Massenmessung untersucht. Aus diesen Messungen folgt, daß die erreichbare relative Genauigkeit von ISOLTRAP-Massenmessungen 8E-9 beträgt, mehr als eine Größenordnung besser als bisher angenommen. Unter Verwendung der neuen Meß- und Auswertungsprozedur, die sich aus dieser Untersuchung ergeben hat, wurde der Q-Wert des übererlaubten Beta-Zerfalls von Rb-74 über Massenmessungen des Mutter- und des Tochternuklids bestimmt. Mit einer Halbwertzeit von unter 65 ms ist Rb-74 das kurzlebigste Nuklid, das je in einer Penningfalle untersucht wurde. Dieses experimentelle Ergebnis hat es erlaubt, einen Beitrag zur Überprüfung der CVC-Hypothese (Erhaltung des Vektor-Stroms) der schwachen Wechselwirkung zu leisten, die ein Axiom des Standard-Modells ist. Es wurde außerdem dazu verwendet, berechnete Parameter, die für zukünftige noch strengere Tests benötigt werden, auf ihre Richtigkeit hin zu überprüfen.

Translation of abstract (English)

ISOLTRAP is a Penning trap mass spectrometer installed at the on-line isotope separator ISOLDE/CERN. It is dedicated to the measurement of the atomic masses of short-lived radioactive nuclides. Relative statistical uncertainties of individual mass measurements are typically of the order of 10E-8. Using ions of carbon clusters whose mass ratios are exactly known, the various contributions to the total uncertainty of a mass measurement were studied. It was found by these measurements that the limit of the relative uncertainty of a mass measurement is 8E-9, more than an order of magnitude better than previously expected. Using the new measurement and evaluation procedure adopted as a result of this study, the Q value of the superallowed beta decay of Rb-74 was determined via a mass measurement of the mother and the daughter nuclide. With a half-life of under 65 ms, Rb-74 is the shortest-lived nuclide ever investigated in a Penning trap. This experimental result allowed a contribution to the verification of the conserved-vector-current hypothesis of the weak interaction, a postulate of the Standard Model. It also served as a check of calculated parameters that are required for more stringent tests in the future.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Kluge, Prof. Dr. H.-Jürgen
Date of thesis defense: 3. July 2002
Date Deposited: 23. Jul 2002 00:00
Date: 2002
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Atommasse, Flugzeitmassenspektrometrie, Fullerene, Betazerfall, Standardmodell <Elementarteilchenphysik>
Uncontrolled Keywords: Atomic masses , Time-of-flight mass spectrometry, fullerenes , beta decay , standard model
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