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Polarization and correlation phenomena in the radiative electron capture by bare highly-charged ions
Resumo:
In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung zwischen einem Photon und einem Elektron im starken Coulombfeld eines Atomkerns am Beispiel des radiativen Elektroneneinfangs beim Sto hochgeladener Teilchen untersucht. In den letzten Jahren wurde dieser Ladungsaustauschprozess insbesondere fr relativistische IonAtomSte sowohl experimentell als auch theoretisch ausfhrlich erforscht. In Zentrum standen dabei haupschlich die totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitte. In neuerer Zeit werden vermehrt Spin und Polarisationseffekte sowie Korrelationseffekte bei diesen Stoprozessen diskutiert. Man erwartet, dass diese sehr empfindlich auf relativistische Effekte im Sto reagieren und man deshalb eine hervorragende Methode zu deren Bestimmung erhlt. Darber hinaus knnten diese Messungen auch indirekt dazu fhren, dass man die Polarisation des Ionenstrahls bestimmen kann. Damit wrden sich neue experimentelle Mglichkeiten sowohl in der Atom als auch der Kernphysik ergeben. In dieser Dissertation werden zunchst diese ersten Untersuchungen zu den Spin, Polarisations und Korrelationseffekten systematisch zusammengefasst. Die Dichtematrixtheorie liefert hierzu die geeignete Methode. Mit dieser Methode werden dann die allgemeinen Gleichungen fr die ZweistufenRekombination hergeleitet. In diesem Prozess wird ein Elektron zunchst radiativ in einen angeregten Zustand eingefangen, der dann im zweiten Schritt unter Emission des zweiten (charakteristischen) Photons in den Grundzustand bergeht. Diese Gleichungen knnen natrlich auf beliebige Mehrstufen sowie EinstufenProzesse erweitert werden. Im direkten Elektroneneinfang in den Grundzustand wurde die lineare Polarisation der Rekombinationsphotonen untersucht. Es wurde gezeigt, dass man damit eine Mglichkeit zur Bestimmung der Polarisation der Teilchen im Eingangskanal des Schwerionenstoes hat. Rechnungen zur Rekombination bei nackten U92+ Projektilen zeigen z. B., dass die Spinpolarisation der einfallenden Elektronen zu einer Drehung der linearen Polarisation der emittierten Photonen aus der Streuebene heraus fhrt. Diese Polarisationdrehung kann mit neu entwickelten orts und polarisationsempfindlichen Festkrperdetektoren gemessen werden. Damit erhlt man eine Methode zur Messung der Polarisation der einfallenden Elektronen und des Ionenstrahls. Die KSchalenRekombination ist ein einfaches Beispiel eines EinStufenProzesses. Das am besten bekannte Beispiel der ZweiStufenRekombination ist der Elektroneneinfang in den 2p3/2Zustand des nackten Ions und anschlieendem Lyman1Zerfall (2p3/2 ! 1s1/2). Im Rahmen der DichteMatrixTheorie wurden sowohl die Winkelverteilung als auch die lineare Polarisation der charakteristischen Photonen untersucht. Beide (messbaren) Gren werden betrchtlich durch die Interferenz des E1Kanals (elektrischer Dipol) mit dem viel schwcheren M2Kanal (magnetischer Quadrupol) beeinflusst. Fr die Winkelverteilung des Lyman1 Zerfalls im Wasserstoffhnlichen Uran fhrt diese E1M2Mischung zu einem 30%Effekt. Die Bercksichtigung dieser Interferenz behebt die bisher vorhandene Diskrepanz von Theorie und Experiment beim Alignment des 2p3/2Zustands. Neben diesen EinTeichenQuerschnitten (Messung des Einfangphotons oder des charakteristischen Photons) wurde auch die Korrelation zwischen den beiden berechnet. Diese Korrelationen sollten in XXKoinzidenzMessungen beobbachtbar sein. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen lag bei der PhotonPhotonWinkelkorrelation, die experimentell am einfachsten zu messen ist. In dieser Arbeit wurden ausfhrliche Berechnungen der koinzidenten XXWinkelverteilungen beim Elektroneneinfang in den 2p3/2Zustand des nackten Uranions und beim anschlieenden Lyman1bergang durchgefhrt. Wie bereits erwhnt, hngt die Winkelverteilung des charakteristischen Photons nicht nur vom Winkel des Rekombinationsphotons, sondern auch stark von der SpinPolarisation der einfallenden Teilchen ab. Damit erffnet sich eine zweite Mglichkeit zur Messung der Polaristion des einfallenden Ionenstrahls bzw. der einfallenden Elektronen.
