English Title: Investigations towards multi-step laser spectroscopy of stored H3+ molecular ions

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Abstract

Das dreiatomige H3+ -Molekülion hat durch seine regelmäßige dreieckige Struktur eine besondere Bedeutung in der molekularen Quantendynamik. Viele Molekülreaktionen wurden bisher an H3+ untersucht, so auch die dissoziative Rekombination im Speicherring mit einem kalten Elektronenstrahl. Bei diesen stark energieabhängigen Reaktionen ist die Besetzung einzelner Rovibrationsniveaus von großer Bedeutung. Zur Bestimmung solcher Besetzungen der H3+ -Ionen innerhalb eines Speicherrings muss eine extrem empfi ndliche zustandsselektive Nachweismethode verwendet werden. Das angestrebte Verfahren ist die resonant-erhöhte multi-Photonen-Dissoziation (REMPD), bei der in einem resonanten ersten Schritt die Moleküle aus dem tief liegenden Niveau hoch angeregt werden und danach in einem zweiten Schritt aus diesen hochangeregten Zuständen photodissoziiert werden. Um diese Methode anwenden zu können, sind detaillierte Voruntersuchungen nötig. Hier werden Messungen präsentiert, die den Energiebereich der dissoziierbaren hochangeregten Schwingungszustände von heißen H3+ -Molekülionen in einem Experiment mit schnellen Ionenstrahlen bestimmen. Ebenso wird ein Photodissoziationsexperiment an heißen H3+ -Ionen im Speicherring TSR am Max-Planck-Institut für Kernphysik durchgeführt und eine effektive Lebensdauer der dissoziierten H3+ -Zustände gemessen. Schließlich wird die gezielte Photoanregung kalter H3+ -Ionen (erster REMPD-Schritt) in sehr hochangeregte Zustände im Bereich der dissoziierbaren Schwingungsniveaus untersucht.

Translation of abstract (English)

The triatomic H3+ molecular ion plays an important role in molecular quantum dynamics through its equilateral triangular structure. Many studies of molecular reactions involving H3+ have been done thus far, among them dissociative recombination in storage ring experiments with a cold electron-beam. For these strongly energy dependent reactions, the population in individual rovibrational levels is of large importance. To determine such populations for H3+ ions inside a storage ring, an extremely sensitive state-selective method must be used, such as the Resonant-Enhanced Multi-Photon Dissociation (REMPD). In REMPD, molecules are highly excited from a low lying initial level in a fi rst resonant step and photodissociated from these high lying states in a second step. To fully employ this method, detailed investigations are necessary. Here, an experiment is presented which determines the energy range of the highly excited vibrational states of H3+ suitable for photodissociation. Additional photodissociation experiments, using hot H3+ ions in the storage ring TSR at the Max-Planck Institute for Nuclear Physics, yield an e ffective lifetime of these dissociated H3+ states. Finally selective vibrational excitation of cold H3+ (the fi rst step of REMPD) is discussed with the aim of reaching the highly excited vibrational states suitable for photodissociation.