German Title: Präzisions-Massenmessungen von Neonisotopen an THe-Trap

PDF, English Download (5MB) | Terms of use

Abstract

THe-Trap ist ein Penningfallen Experiment zur Präzisionsmassenbestimmung am Max-Planck- Institut für Kernphysik in Heidelberg, Deutschland. Für das Datenerfassungssystem wurden ein neues Python-Program und eine neue PHP-Website entwickelt. Unter Verwendung eines Lock-In Amplifiers wurde ein neues Locksystem implementiert. Ein Gaseintrittssystem wurde entwickelt und verwendet, um die hochgeladenen Neon-Isotope 20Ne8+ und 22Ne7+ Neon zu erzeugen und in der Penningfalle einzufangen. Ihre Masse wurde gegen ein 12C Referenzion gemessen. Die 20Ne-Masse wurde mit einer relativen Messunsicherheit von 5.8 ⋅ 10-10 bestimmt. Diese befindet sich innerhalb einer Standardabweichung mit dem Literaturwert mit einer Unsicherheit von 8.4 ⋅ 10-11 im Einklang. Die 22Ne Masse wurde mit einer relative Messunsicherheit von 7.7 ⋅ 10-10 gemessen. Diese befindet sich innerhalb fünf Standardabweichungen im Vergleich zur Messunsicherheit des Literaturwerts, 8.2 ⋅ 10-10. Aufgrund der langen Messdauer ist die Messunsicherheit jeweils von zeitlichen Variationen des Magnetfelds limitiert. Das leichte Edelgas Neon gehört zum “Backbone of the Atomic Mass Evaluation”, weshalb es als Bezugsmasse nützlich ist. Die Verbesserung der relativen Neonmessunsicherheit kann also die relative Messunsicherheit von Messungen verbessern, die Neon als Bezugsmasse verwenden.

Translation of abstract (English)

THe-Trap is a Penning-trap experiment for precision mass measurements located at the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg, Germany. A new python program and PHP website were created for the data acquisition system and a new lock system was developed using a Lock-In Amplifier. A gas injection system was developed and used for injecting and trapping neon isotopes 20Ne8+ and 22Ne7+ . Their masses were then measured with the use of 12C4+ as reference ions. The 20Ne mass was measured with a relative uncertainty of 5.8 ⋅ 10-10 and is within one standard deviation in comparison to the literature value, which has a relative uncertainty of 8.4 ⋅ 10-11. The 22Ne mass was measured with a relative uncertainty of 7.7 ⋅ 10-10 and is at a discrepancy of five standard deviations in comparison to the literature value, which has a relative uncertainty of 8.2 ⋅ 10-10. The relative uncertainties of both measurements are limited by temporal variations of the magnetic field due to the long measurement times. Being a light noble gas, neon is a part of the “Backbone of the Atomic Mass Evaluation”, such that it is useful as a reference mass. Improving the mass uncertainty of neon can therefore improve the uncertainty of measurements using it as a reference.