Englische Übersetzung des Titels: Transversal in-beam spin-echo using atomic hydrogen and specially designed sources for atomic and molecular beams

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Abstract

Im ersten Teil dieser Arbeit werden die atominterferometrischen Grundlagen für das Wasserstoff-Atomstrahl-Spinecho eingeführt. Diese werden zu einer Streutheorie erweitert, bei der die transversale Aufspaltung von Wellenpaketen genutzt wird, um mit dieser speziellen Art des Spinechos dynamische Korrelationsfunktionen direkt zu messen. Die Theorie gibt zudem wichtige Rahmenbedingungen zur experimentellen Realisierung vor. Die Spulen, die für transversales Spinecho nötig sind, werden beschrieben, und erste Messungen am geraden Strahl werden diskutiert. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich speziellen Quellen für Atom- und Molekülstrahlen. Es wird ein neuer Ansatz zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff und der Erzeugung eines Überschallstrahls aus atomarem Wasserstoff verfolgt. Dazu werden Plasmen genutzt, die zwischen mikrostrukturierten Elektroden mit Abständen im Sub-Millimeter-Bereich brennen. Messungen zur Strahlcharakterisierung dieser Quelle mittels He* werden diskutiert. Außerdem wird eine Quelle vorgestellt, mit der es möglich ist, langsame und kalte Atom- und Molekülstrahlen zu erzeugen, indem Gas adiabatisch aus einer sich bewegenden Düse expandiert, die am Ende eines Rotors montiert ist. Das Design dieser Quelle wird präsentiert und anhand von Messungen wird gezeigt, dass mit dieser Quelle beispielsweise ein Argonstrahl mit einer mittleren Geschwindigkeit von 170 m/s und einer Strahltemperatur von 4 K erzeugt werden kann.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

The first part of this thesis deals with in-beam spin-echo using atomic hydrogen. The atominterferometric description of hydrogen spin-echo is introduced, from which a scattering theory is deduced. Basing on a transversal separation of wave-packets, this theory proves that dynamical correlation functions can be measured directly with this special kind of spin-echo experiment. Furthermore requirements of an appropriate spectrometer-design follow from this theory. The coils needed for transversal spin-echo are described and first measurements with the unscattered beam are discussed. The second part of this work is devoted to specially designed sources for atomic and molecular beams. A new approach for dissociating molecular hydrogen and forming a beam of atomic hydrogen is pursued. For this purpose, plasma discharges are used, which are ignited inside the gap of a microstructured electrode system in the sub-millimetric range. Measurements using metastable Helium in order to characterize beams emanating from this kind of source will be discussed. Furthermore, a source capable of producing both slow and cold atomic as well as molecular beams is presented. The design of the device is presented as well as measurements demonstrating that a supersonic beam consisting of argon atoms with a most probable velocity of 170 m/s and a velocity spread according to a beam temperature of 4 K has been achieved.