German Title: Hochpräzisions-Röntgenspektroskopie an hochgeladenen Argon-Ionen

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Abstract

High-precision wavelength measurements on the $1s2s\ ^3S_1 \rightarrow 1s^2\ ^1S_0$ ($z$'') and $1s2p\ ^1P_1 \rightarrow 1s^2\ ^1S_0$ ($w$'') transitions in Ar$^{16+}$ as well as of the Lyman-$\alpha_1$ transition in Cl$^{16+}$ with respect to the Lyman-$\alpha_1$ transition in Ar$^{17+}$ were carried out, using a new flat crystal spectrometer installed at the Heidelberg electron beam ion trap (HD-EBIT). A novel, highly accurate technique of Bragg-angle determination was developed, employing two beams of visible light reflected on the x-ray crystal to mark the x-ray reflection position. The need for collimating entrance slits causing unacceptable x-ray flux losses is thereby avoided. Relative uncertainties of better than $\Delta \lambda / \lambda < 10^{-5}$ were achieved in the measurement of all three lines. The measured Cl$^{16+}$ Lyman-$\alpha_1$ transition energy is in perfect agreement with the theoretical prediction and previous experimental work, however $4$ times more accurate. The $z$ transition energy, never measured before in argon, agrees with predictions within its error bar. The $w$ transition energy, while in perfect agreement with but two times more accurate than earlier experimental results, disagrees with by $2\sigma$ with predictions, pointing at their possible incompleteness.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wurden Hochpräzisionsmessungen der Wellenlängen der $1s2s\ ^3S_1 \rightarrow 1s^2\ ^1S_0$ ($z$'') und $1s2p\ ^1P_1 \rightarrow 1s^2\ ^1S_0$ ($w$'') Übergänge in Ar$^{16+}$, sowie des Lyman-$\alpha_1$ Übergangs in Cl$^{16+}$ unter Nutzung der Lyman-$\alpha_1$ Übergangswellenlänge in Ar$^{17+}$ als Referenz mit einem neuen Flachkristallröntgenspektrometer an der Heidelberg Elektronenstrahlionenfalle (HD-EBIT) durchgeführt. Ein neuartiges, hochpräzises Verfahren zur Braggwinkelbestimmung wurde entwickelt, welches zwei Strahlen sichtbaren Lichts zur Feststellung des Reflektionsorts der Röntgenstrahlung nutzt, wo\-durch der Gebrauch von Eingangsspalten vermieden wird, durch welche sonst ein nicht hinnehmbarer Verlust an Röntgenstrahlung durch Kollimation entstünde. Re\-lative Genauig\-keiten besser als $\Delta \lambda / \lambda < 10^{-5}$ wurden für die Messung aller drei Linien erzielt. Die gemessene Energie des Cl$^{16+}$ Lyman-$\alpha_1$ Übergangs ist in hervorragender Übereinstimmung mit der theoretischen Vorhersage sowie früheren experimentellen Arbeiten, jedoch $4$ mal genauer. Die Energie des $z$-Übergangs, welche nie zuvor in Argon gemessen wurde, stimmt mit den Vorhersagen innerhalb des Fehlerbalkens überein. Die $w$-Übergangsenergie, obschon doppelt so genau wie und in hervorragender Übereinstimmung mit früheren experimentellen Werten, weicht von der Vorhersage um mehr als $2\sigma$ ab und deutet auf deren Unvollständigkeit hin.