title: First Observation of Spin Flips with a single Proton stored in a cryogenic Penning trap
creator: Ulmer, Stefan
subject: 530
subject: 530 Physics
description: In dieser Arbeit wird die erstmalige direkte Beobachtung von Spin-¨ Uberg¨angen eines einzelnen, in einer kryogenen Doppel-Penningfalle gespeicherten Protons pr¨asentiert. Der experimentelle Nachweis solcher Spin-¨ Uberg¨ange basiert auf der Anwendung des kontinuierlichen Stern-Gerlach Effekts. Hierbei wird der Spin-Freiheitsgrad ¨uber ein inhomogenes Magnetfeld an die nicht-destruktiv messbare axiale Eigenfrequenz des in der Penningfalle gespeicherten Protons gekoppelt. Eine ¨ Anderung der Spin-Quantenzahl macht sich so in einer Verschiebung der axialen Frequenz bemerkbar. Die besondere experimentelle Herausforderung beim Proton besteht in seinem winzigen magnetischen Moment. Um eine durch einen Spin-¨ Ubergang verursachte Verschiebung der axialen Frequenz beobachten zu k¨onnen, wurde das Proton in der st¨arksten, jemals einer Penningfalle ¨uberlagerten Magnetfeldinhomogenit ¨at gespeichert, und nicht-destruktiv nachgewiesen. Dazu wurden ultrahochempfindliche supraleitende Nachweissysteme entwickelt, welche die direkte Beobachtung des Protons, und die hochpr¨azise Messung seiner Eigenfrequenzen erm¨oglichen. Basierend auf neuartigen experimentellen Methoden, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurden, konnte die axiale Frequenz des Protons unter diesen extremen Magnetfeldbedingungen auf ein Niveau stabilisiert werden, das in Kombination mit der entwickelten Hochfrequenzelektronik die Beobachtung von Spin-¨ Uberg¨angen erm¨oglicht. Dieser experimentelle Erfolg stellt einen der wichtigsten Schritte zur direkten Messung des magnetischen Moments des freien Protons dar. Mit der Demonstration der erstmaligen nicht-destruktiven Beobachtung von Spin-¨ Uberg¨angen eines einzelnen Protons er¨offnet sich dar¨uberhinaus eine reizvolle Perspektive. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten experimentellen Techniken k¨onnen auf das Antiproton angewandt werden. So r¨uckt die erstmalige Hochpr¨azisionsmessung des magnetischen Moments des Antiprotons in greifbare N¨ahe, was einen neuen hochpr¨azisen Test der Materie-Antimaterie-Symmetrie erm¨oglicht
date: 2011
type: Dissertation
type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
type: NonPeerReviewed
format: application/pdf
identifier: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserverhttps://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/12306/1/2011_Ulmer.pdf
identifier: DOI:10.11588/heidok.00012306
identifier: urn:nbn:de:bsz:16-opus-123067
identifier:   Ulmer, Stefan  (2011) First Observation of Spin Flips with a single Proton stored in a cryogenic Penning trap.  [Dissertation]     
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language: eng