English Title: Determination of the Charge Radii of the Radioactive Lithium Isotopes Li-8 und Li-9

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Abstract

Die Messung der Isotopieverschiebung atomarer Übergänge ist der einzige kernmodellunabhängige Zugang zur Bestimmung der Kernladungsradien kurzlebiger Isotope. Bis heute war dies jedoch auf Isotope mit der Ladungszahl Z>9 beschränkt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiges Verfahren entwickelt, um die Ladungsradien kurzlebiger Lithium-Isotope zu bestimmen. Es basiert auf der präzisen Messung eines atomaren Übergangs in Kombination mit einer kürzlich durchgeführten, sehr genauen theoretischen Berechnung des spezifischen Masseneffekts. Das Messverfahren erfüllt die hohen Anforderungen, die hinsichtlich Effizienz (>10^(-4)) und Genauigkeit (< 200 kHz) gestellt werden, indem Doppler-freie Zweiphotonen-Spektroskopie des 2S-3S-Übergangs am thermischen Atomstrahl mit anschließender Resonanz-Ionisation und Nachweis durch ein Quadrupol-Massenspektrometer angewandt wird. Am Online-Massenseparator der GSI konnte die Isotopieverschiebung der Isotope Li-6 bis Li-9 mit einer Genauigkeit von besser als 180 kHz bestimmt werden. Die extrahierten Kernladungsradien nehmen von Li-6 bis Li-9 monoton ab. Dieses Verhalten lässt sich durch die starke alpha+d-Clusterung des Li-6-Kerns erklären, die mit zunehmender Neutronenzahl abnimmt. Die Resultate werden mit den Vorhersagen verschiedener Kernmodelle verglichen und tragen so zu einem verbesserten Verständnis der Struktur dieser Kerne bei. Mit diesem Experiment konnte die Grundlage für die Bestimmung des Ladungsradius des Halokerns Li-11 gelegt werden.

Translation of abstract (English)

The measurement of the isotope shift of atomic transitions is the only model-independent access to determine nuclear charge radii of short-lived isotopes. Up to now, this was limited to isotopes with nuclear charge Z>9. In this work, a novel method was developed to measure charge radii of short-lived lithium isotopes. It is based on an accurate measurement of an atomic transition combined with an accurate recently performed theoretical calculation of the specific mass shift. The experimental method meets the requested efficiency of >10^(-4) and the required accuracy of < 200 kHz by Doppler-free two-photon spectroscopy of the 2S - 3S transitions in a thermal atomic beam followed by resonance ionization and detection by quadrupole mass spectrometry. The isotope shifts of the isotopes Li-6 to Li-9 were determined at the online mass separator at GSI with an accuracy better than 180 kHz. The extracted nuclear charge radii decrease monotonically. This can be explained by the strong alpha+d clustering of Li-6, which diminishes with increasing number of neutrons. The results are compared to predictions of different nuclear models and improve the understanding of the structure of these nuclei. With this experiment, the foundation is laid to determine the charge radius of Li-11.