German Title: Kinematisch vollständige Untersuchung der Elektronenstoß-Ionisation von ausgerichteten Wassertoffmolekülen

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Abstract

Within the work presented here, single ionisation of spatially aligned hydrogen molecules by 200 eV electrons was studied in a kinematically complete experiment. For the first time, a comprehensive set of fully differential cross sections (FDCS) was obtained for this process on a molecular target. The direction of the internuclear axis was derived from the fragment emission of post-collision dissociation of the residual ion. Therefore, a protonic fragment was detected in coincidence with the two final-state electrons using a dedicated reaction microscope and sophisticated data analysis. For direct ionisation into the ionic ground state, existing theoretical cross sections for aligned molecules were tested. Additionally, we observed molecular frame angular distributions of Auger electrons emitted through dissociative autoionisation of H2. Earlier findings of kinematically incomplete experiments were reproduced, but the FDCS reveal structures so far unknown. Furthermore, for random alignment, differential cross sections at two distinct values of the mean internuclear distance were obtained, providing new arguments in the current discussion on the nature of discrepancies observed between atomic and molecular collisions.

Translation of abstract (German)

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Einfachionisation von räumlich ausgerichteten Wasserstoffmolekülen im Stoß mit 200 eV Elektronen experimentell untersucht. Zum ersten Mal konnte bei dieser Reaktion ein umfassender Satz vollständig differentieller Wirkungsquerschnitte (FDCS) gemessen werden. Dabei bestimmten wir die Ausrichtung der Molekülachse anhand der Emissionsrichtung der Fragmente des zerbrechenden Ions nach dem eigentlichen Stoß. Das hierbei entstehende Proton wurde koinzident mit den beiden freien Elektronen des Endzustandes detektiert. Dazu verwendeten wir ein eigens modifiziertes Reaktionsmikroskop und ausgefeilte Auswertungsmethoden. Bei der direkten Ionisation in den Grundzustand von H2 konnten bestehende Modellrechnungen überprüft werden. Zusätzlich wurde die Winkelverteilung von Auger-Elektronen, die durch dissoziative Autoionisation von H2 entstehen, gemessen. Frühere Ergebnisse kinematisch unvollständiger Experimente wurden bestätigt, aber die FDCS zeigen Strukturen, die bisher unbekannt waren. Darüber hinaus wurden differentielle Wirkungsquerschnitte für zufällige Ausrichtung bei zwei verschiedenen Werten des mittleren Kernabstandes ermittelt. Diese Ergebnisse liefern wichtige Argumente für die aktuelle Diskussion über den Grund beobachteter Unterschiede in der Dynamik von Elektronenstößen mit Atomen auf der einen und Molekülen auf der anderen Seite.