%0 Generic
%A Nikoobakht, Behnam
%D 2010
%F heidok:10971
%K Bound state QED , g factor
%R 10.11588/heidok.00010971
%T Theoretical Considerations for High-Precision Spectroscopy
%U https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/10971/
%X In dieser Arbeit werden mögliche Hochpräzisionsmessungen des g-Faktors von gebundenen 1S Elektronen untersucht und die bedeutendsten systematischen Effekte, die die Hochpr äzisionsspektroskopie im ultravioletten und sichtbaren Spektralband beeinflussen, analysiert. Um den g-Faktor des gebundenen 1S-Elektrons eines in einer Penning-Falle gefangenen 4He Ions zu messen, werden zwei Anregungsschemata, die auf einer doppelresonanten elektronischen Anregung aufbauen, vorgeschlagen. Das erste Anregungsschema beruht auf der Anregung des 1S1/2(mj = +1/2) <-> 2P3/2(mj = +3/2)-Übergangs in einem 4HeIon durch zirkular polarisierte Ultraviolettstrahlung. Der angeregte Zustand 2P3/2(mj = +3/2) geht wegen seiner kurzen Lebenszeit in den Grundzustand über und strahlt dabei ein Fluoreszenzphoton ab. Das Heliumion durchläuft diesen Kreislauf in der Falle und kann dabei jedesmal aufgrund des abgestrahlten Photons nachgewiesen werden. Gleichzeitig löst ein resonantes Mikrowellenfeld eine Umdrehung des Spins aus, was Quantenspr¨unge zwischen 1S1/2(mj = +1/2) und 1S1/2(mj = −1/2) bewirkt und eine Emissionspause des Kreislaufes zur Folge hat. Die Kombination dieser Prozesse ergibt das Resonanzspektrum der Larmorfrequenz und führt zur Messung des g-Faktors des gebundenen 1S-Elektrons eines Heliumions. In dem zweiten Anregungsschema regt UV-Licht ein in einer Penning-Falle gespeichertes Heliumion an. Diese Laseranregung treibt den Zweiphotonen übergang 1S–2S. Bei einem bestimmten Wert des Magnetfelds der Falle werden die Zustände 2S1/2(mj = −1/2) und 2P1/2(mj = 1/2) entartet. Die Anwendung eines zusätzlichen statischen elektrischen Feldes ermöglicht es diese beiden Zustände zu mischen und die Lebenszeit des oberen Zustands 2S1/2(mj = −1/2) zu reduzieren; dies führt zu einem 2S-Elektronenzerfall in den Grundzustand. Der Zweiphotonenübergang zusammen mit dem Mischungsmechanismus bietet einen Kreislauf an und ergibt einen optischen Nachweis des Heliumions in der Falle. Wie im ersten Anregungsschema wird gleichzeitig ein Mikrowellenfeld auf den 1S-Grundzustand eingestrahlt um eine Umdrehung des Spins auszulösen. Dies ergibt das Resonanzspektrum der Larmorfrequenz. Dieses Anregungsschema, das von dem Mischungsmechanismus zusammen mit dem spinumdrehenden Übergang profitiert, f¨uhrt zu der Messung des g-Faktors des gebundenen 1S Elektrons eines Heliumions. Das zweite Angregungsschema wird ebenfalls auf eine Frequenzbestimmung des 1S–2S-Übergangs durch einen dopplerfreien Zweiphotonen¨uebergang in einem Heliumion angewandt. In den obigen Anregungsschemata sind die bedeutendsten systematischen Effekte in Folge der Anwendung dynamischer und statischer elektrischer Felder, das heißt der AC- und der DC-Stark-Effekt, sorgf¨alltig berücksichtigt. Wir verwenden das zweite Anregungsschema und erweitern es auf Rydbergzustände in dem Bereich großer n. Diesbezüglich berechen wir den AC-Stark-Effekt auf Rydbergzust¨ande mit großem n; dies ist der bedeutendste systematische Effekt in der Frequenzbestimmung des 1S–n′S-Übergangs, n′ → ∞. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit kann der g-Faktor des gebundenen 1S-Elektrons in 4He Ionen mit einem Genauigkeitsgrad von 10^−12 · · · 10^−13 bestimmt werden.