English Title: Anisotropy and linear polarization of radiative processes in energetic ion-atom collisions

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Abstract

In dieser Arbeit wurden neuartige orts-, zeit- und energieempfindliche Röntgendetektoren als Comptonpolarimeter eingesetzt, um die lineare Polarisation der am Gas-Target des Speicherrings ESR in Ion-Atom-Stößen emittierten Projektil-Röntgenstrahlung zu bestimmen. Frühere Messungen waren dagegen aufgrund des Fehlens effizienter Polarisationsdetektoren zum Großteil auf die Messung der Spektral- und Winkelverteilung beschränkt. Mit der Ly-a1- Strahlung (2p3/2 -> 1s1/2) in U91+ konnte erstmals die lineare Polarisation eines charakteristischen Übergangs in einem schweren System gemessen werden. Dabei gelang es, aufgrund der hohen Genauigkeit der Polarisationsmessung den depolarisierenden Effekt der als Multipole- Mixing bekannten Interferenz zwischen dem E1- und M2-Zweig des Übergangs zu identifizieren. Darüber hinaus führte die kombinierte Messung von Polarisation und Winkelverteilung der Ly-a1-Strahlung zu einem neuen Verfahren zur theorieunabhängigen Bestimmung des E1-M2-Amplitudenverhältnisses. Des Weiteren erfolgte in dieser Arbeit die erste Messung der Polarisation und Winkelverteilung des hochenergetischen Endes der in Ion-Atom-Stößen in inverser Kinematik auftretenden Elektron-Kern-Bremsstrahlung. Die so gewonnenen experimentellen Resultate wurden mit exakt relativistischen Rechnungen sowie im Fall der Bremsstrahlung zusätzlich mit einer semi-relativistischen Behandlung verglichen. Dabei wurde eine weitgehende Übereinstimmung festgestellt.

Translation of abstract (English)

In the present thesis the linear polarization of radiation emitted in energetic ion-atom collisions at the ESR storage ring was measured by applying a novel type of position, timing and energy sensitive x-ray detector as a Compton polarimeter. In contrast to previous measurements, that mainly concentrate on studies of the spectral and angular distribution, the new detectors allowed the first polarization study of the Ly-a1 radiation (2p3/2-> 1s1/2) in U91+. Owing to the high precision of the polarimeters applied here, the experimental results indicate a significant depolarization of the Ly-a1 radiation caused by the interference of the E1 and M2 transition branches. Moreover, the current investigation shows that measurements of the linear polarization in combination with angular distribution studies provide a model-independent probe for the ratio of the E1 and M2 transition amplitudes and, consequently, of the corresponding transition probabilities. In addition, a first measurement of the linear polarization as well as an angular distribution study of the electron-nucleus Bremsstrahlung arising from ion-atom collisions was performed. The experimental results obtained were compared to exact relativistic calculations and, in case of the Bremsstrahlung, to a semirelativistic treatment. In general, good agreement was found between theoretical predictions and experimental findings.