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Measurement of Time Dilation by Laser Spectroscopy on Fast Stored Lithium Ions

Reinhardt, Sascha Benjamin

German Title: Messung der Zeitdilatation durch Laserspektroskopie an schnellen gespeicherten Lithiumionen

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Abstract

In der hier vorgelegten Arbeit werden Frequenzmessungen an schnellen Lithium Ionen als Test der Zeitdilatation vorgestellt. Die Messungen sind am Speicherring TSR am Max-Planck-Institut für Kernphysik durchgeführt worden. Die Übergangsfrequenz eines Zwei-Niveau-Systems im Lithium Ion wird bestimmt, indem eine dopplerfreie Fluoreszens-Sättigungsspektroskopie verwendet wird. Die Spektroskopie wird durch zwei gegenläufige Laser verwirklicht, die kollinear zum Ionenstrahl sind. Zwei Messungen bei zwei verschiedenen Ionengeschwindigkeiten werden durchgführt, eine Messung bei 3% Lichtgeschwindigkeit und eine bei 6,4% Lichtgeschwindigkeit. Die gemessenen Übergangsfrequenzen werden mit der Voraussage der Speziellen Relativitätstheorie verglichen. Auch der Einfluß von magnetischen Feldern und Lichtkräften wird untersucht. Für den Parameter a, der die Abweichung der Zeitdilatation von der Speziellen Relativitätstheorie in der Testtheorie von Robertson-Mansouri-Sexl angibt, wird ein Wert von (6.5±9.5)*10 ^8 bestimmt.

Translation of abstract (English)

In this work frequency measurements on fast lithium ions as a test of time dilation are presented. The measurements are carried out at the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg using the storage ring TSR. The transition frequency of a two-level system in the lithium ion is measured using a Doppler-free fluorescence saturation spectroscopy. The spectroscopy is realized by two counter-propagating lasers that are collinearly aligned with the stored ion beam. Two measurements are carried out, one at a ion velocity of 3% speed of light and one at 6.4% speed of light. The measured transition frequencies are compared with the prediction of Special Relativity. The influence of magnetic fields and light forces are also discussed. For the parameter a, that describes the deviation from the time dilation of Special Relativity, of the test theory of Robertson-Mansouri-Sexl a value of (6.5±9.5)*10^8 is obtained.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schwalm, Prof. Dr. Dirk
Date of thesis defense: 23. November 2005
Date Deposited: 02. Dec 2005 10:15
Date: 2005
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Kollineare Laserspektroskopie, Spezielle Relativitätstheorie, Zeitdilatation, Ionenstrahl, Doppler-Effekt
Uncontrolled Keywords: collinear laser spectroscopy , Special Relativity , relativistic Doppler effect , time dilation , ion beam
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