German Title: Die Masse von 22^Mg und ein Konzept für eine neuartige Laser-Ionenquelle

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Abstract

Clean and high-quality radioactive ion beams can be prepared by combining ion trap and resonance laser ionization techniques. A feasibility study for such a laser ion source trap has been carried out which shows enormous improvement in the beam emittance, purity, and in addition allows for a variation of the ion beam time structure. Direct high-precision mass measurements around mass number A=22 are of utmost importance. First, the masses of the superallowed beta-emitter 22^Mg and its daughter 22^Na are needed to test the conserved-vector-current(CVC) hypothesis and the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa(CKM) matrix unitarity, both being predictions of the Standard Model. Second, to calculate the reaction rate of 21^Na(p,gamma)22^Mg the involved masses are required very accurately. This rate is needed in order to extract an upper limit on the amount of a characteristic gamma-radiation emitted from classical nova bursts which has been searched for but not yet detected. At the triple trap mass spectrometer ISOLTRAP at ISOLDE/CERN, the masses of 21^Na, 22^Na, and 22^Mg have been measured with relative uncertainties of better than 1.5*10^{-8}. This solved a conflict between two available mass values for 22^Mg. The mass measurements as well as their impact are discussed. In addition a vivid description of the present ISOLTRAP setup along with the standard experimental procedure is described. Special emphasis has been made on the development of a carbon cluster ion source for absolute mass measurements at ISOLTRAP.

Translation of abstract (German)

Reine radioaktive Ionenstrahlen mit hoher Strahlqualität können präpariert werden, indem man Ionenfallen mit der Laser-Resonanzionisationstechnik kombiniert. Eine Machbarkeitsstudie für eine solche Laser-Ionenfallenquelle, die eine deutliche Verbesserung der Emittanz und darüber hinaus eine variable Zeitstruktur des Ionenstrahls ermöglicht, wurde durchgeführt. Direkte, hochpräsise Massenmessungen um die Massenzahl A=22 sind von besonderem Interesse: Erstens wird die Masse des übererlaubten beta-Emitters 22^Mg und seiner Tochter 22^Na zum Test der Vektorstromerhaltungs(CVC)-Hypothese und der Unitarität der Quarkmischungsmatrix(CKM) - beides Vorhersagen des Standardmodells - benötigt. Zweitens sind die Massenwerte wichtige Parameter, um die Reaktionsrate 21^Na(p,gamma)22^Mg zu berechnen. Diese Rate wird benötigt, um eine obere Grenze für die charakteristische gamma-Strahlung, die in klassischen Nova-Bursts emittiert wird, zu extrahieren. Diese Strahlung wurde zwar gesucht, aber bisher noch nicht beobachtet. Mit dem Dreifallen-Massenspektrometer ISOLTRAP wurden die Massen von 21^Na, 22^Na, und 22^Mg mit einer relativen Massengenauigkeit von besser als 1,5*10^{-8} gemessen. Dies löste einen Konflikt zweier vorhandener Massenwerte für 22^Mg. Die Massenmessungen und ihre Konsequenzen werden vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Entwicklung einer Kohlenstoff-Cluster-Laserionenquelle für absolute Massenmessungen bei ISOLTRAP gelegt.