German Title: Messung der Wellenlaenge des Lyman-alpha1 Übergang in 208Pb81+ mit denFOCAL Spektrometern

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Abstract

Measurement of theWavelength of the Lyman-alpha1 Transition of 208Pb81+ Using FOCAL Spectrometers - The goal of the experimental study is the determination of the 1s Lamb shift of a one-electron, very heavy ion with high precision by an accurate spectroscopy of the corresponding Lyman-alpha transitions. Unlike low-Z systems the quantum electrodynamical (QED) calculations using perturbation theory based on the expansion parameter Z*(alpha) are no longer applicable for high Z systems and therefore all orders of Z*(alpha) are included in the calculations. The present accuracy of the calculations is of the order of 1 eV. Thus the measurements of the Lyman-alpha transitions aim to achieve an uncertainty, which is sensitive to 1 eV or below. Such accurate measurements require high resolution in the techniques of x-ray spectroscopy. For this purpose a couple of ”FOcusing Compensated Asymmetry Laue (FOCAL)” spectrometers has been developed at GSI and they have been employed in the first production run in March 2006. The FOCAL spectrometers are optimally adapted to the experimental conditions at the Experimental Storage Ring (ESR) at GSI, including intrinsic Doppler corrections, a trade off between resolution and efficiency as well as incorporating latest detection technology with two large-area position-sensitive microstrip germanium detectors. This PhD thesis includes the physics of the FOCAL spectrometer and the results obtained after a preliminary analysis of the experimental data.

Translation of abstract (German)

Messung der Wellenlänge des Lyman-alpha1 Übergang in 208Pb81+ mit den FOCAL Spektrometern - Ziel der experimentellen Untersuchung ist die Bestimmung der 1s-Lambverschiebung in sehr schweren Ein-Elektron Ionen durch eine sehr genaue Messung der Wellenlänge der Lyman-alpha1 Übergänge. Im Gegensatz zu Ionen mit niedriger Kernladungszahl Z koennen quantenelektrodynamische Rechnungen fuer sehr schwere Ionen nicht mehr in Stoerungstheorie mit dem Parameter Z*(alpha) durchgefuehrt werden, vielmehr ist eine Rechnung in allen Ordnungen dieses Parameters erforderlich. Die Genauigkeit solcher Rechnungen liegt zurzeit in der Groeßenordung von 1 eV und darunter. Dementsprechend zielen die Experimente letztendlich auf solch eine Genauigkeit ab. Zu diesem Zweck wurde an der GSI ein Paar von ”FOcusing Compensated Asymmetry Laue (FOCAL)” Spektrometern entwickelt, die zum ersten Mal bei einer Strahlzeit im Maerz 2006 eingesetzt wurden. Die FOCAL-Spektrometer sind optimiert fuer die experimentellen Bedingungen am Speicherring ESR bei der GSI, namentlich fuer Doppler-Korrekturen und den Kompromiss zwischen Nachweiswahrscheinlichkeit und Aufloesungsvermoegen. Sie bedingen den Einsatz von unlaengst entwickelten, großflaechigen, zwei-dimensional ortsaufloesenden Roentgendetektoren. Diese Doktorarbeit beinhaltet die Physik der FOCAL-Spektrometer und den Zwischenstand der Auswertung der bisher am ESR gewonnenen experimentellen Daten.