Scaling limit of virtual states of triatomic systems

Natural scales determine the physics of quantum few-body systems with short-range interactions. Thus, the scaling limit is found when the ratio between the scattering length and the interaction range tends to infinity, while the ratio between the physical scales are kept fixed. From the formal point of view, the relation of the scaling limit and the renormalization aspects of a few-body model with a zero-range interaction, through the derivation of subtracted three-body T-matrix equations that are renormalization-group invariant.

Classes of exact wave functions for general time-dependent Dirac Hamiltonians in 1+1 dimensions

The construction of two classes of exact solutions for the most general time-dependent Dirac Hamiltonian in 1+1 dimensions was discussed. The extension of solutions by introduction of a time-dependent mass was elaborated. The possibility of existence of a generalized Lewis-Riesenfeld invariant connected with such solutions was also analyzed.

Array of Bose-Einstein condensates under time-periodic Feshbach-resonance management

The investigation of the dynamics of a discrete soliton in an array of Bose-Einstein condensates under the action of a periodically time-modulated atomic scattering length [Feshbach-resonance management (FRM)] was discussed. The slow and rapid modulations, in comparison with the tunneling frequency were considered. An averaged equation, which was a generalized discrete nonlinear Schrödinger equation, including higher-order effective nonlinearities and intersite nonlinear interactions was derived in the case of the rapid modulation. It was demonstrated that the modulations of sufficient strength results in splitting of the soliton by direct simulations.

Kinetics of martensitic phase decomposition in the Cu-10wt.%Al alloy with Ag additions

The study of the kinetics of martensitic phase decomposition in the Cu-10wt.%Al alloy with Ag additions showed that the presence of Ag retarded the eutectoid decomposition reaction and enhanced martensite stabilization. This stabilization effect was attributed to Ag atoms redistribution as structure defects, increase in the numbers of Cu-Al pairs due to Ag-Al interaction and the Al atoms redistribution around one Cu atom at the sub-lattice of the martensitic crystal. © 2008 Trans Tech Publications.

Search for violation of Lorentz invariance in top quark pair production and decay

Using data collected with the D0 detector at the Fermilab Tevatron Collider, corresponding to 5.3fb -1 of integrated luminosity, we search for violation of Lorentz invariance by examining the tt̄ production cross section in lepton+jets final states. We quantify this violation using the standard-model extension framework, which predicts a dependence of the tt̄ production cross section on sidereal time as the orientation of the detector changes with the rotation of the Earth. Within this framework, we measure components of the matrices (c Q) μν33 and (c U) μν33 containing coefficients used to parametrize violation of Lorentz invariance in the top quark sector. Within uncertainties, these coefficients are found to be consistent with zero. © 2012 American Physical Society.

Differential cross sections for elastic and inelastic positronium-hydrogen-atom scattering

A time reversal symmetric regularized electron exchange model was used to elastic scattering, target elastic Ps excitations and target inelastic excitation of hydrogen in a five state coupled model. A singlet Ps-H-S-wave resonance at 4.01 eV of width 0.15 eV and a P-wave resonance at 5.08 eV of width 0.004 eV were obtained using this model. The effect on the convergence of the coupled-channel scheme due to the inclusion of the excited Ps and H states was also analyzed.

Medindo a temperatura de um gás no regime de micro-Kelvin

O desenvolvimento científico nos permite trabalhar hoje com gases em temperaturas muito inferiores aos 10-6 K. Estes gases, uma vez obtidos por técnicas de resfriamento óptico, precisam ser caracterizados com relaçãao às suas propriedades termodinâmicas. a a medida da temperatura. Dentre tais propriedades está a medida da temperatura. Neste trabalho mostramos de forma tutorial como são medidas tais baixas temperaturas, através de técnicas de tempo de voo. Tais técnicas combinam conhecimento básico de mecânica, termodinâmica dentre outros tópicos convencionalmente estudados nos cursos básicos de física.

Autoionizing states and their relevance in electron-ion recombination

Atomic physics plays an important role in determining the evolution stages in a wide range of laboratory and cosmic plasmas. Therefore, the main contribution to our ability to model, infer and control plasma sources is the knowledge of underlying atomic processes. Of particular importance are reliable low temperature dielectronic recombination (DR) rate coefficients. This thesis provides systematically calculated DR rate coefficients of lithium-like beryllium and sodium ions via ∆n = 0 doubly excited resonant states. The calculations are based on complex-scaled relativistic many-body perturbation theory in an all-order formulation within the single- and double-excitation coupled-cluster scheme, including radiative corrections. Comparison of DR resonance parameters (energy levels, autoionization widths, radiative transition probabilities and strengths) between our theoretical predictions and the heavy-ion storage rings experiments (CRYRING-Stockholm and TSRHeidelberg) shows good agreement. The intruder state problem is a principal obstacle for general application of the coupled-cluster formalism on doubly excited states. Thus, we have developed a technique designed to avoid the intruder state problem. It is based on a convenient partitioning of the Hilbert space and reformulation of the conventional set of pairequations. The general aspects of this development are discussed, and the effectiveness of its numerical implementation (within the non-relativistic framework) is selectively illustrated on autoionizing doubly excited states of helium.

Messung des Landé-gJ-Faktors im Grundzustand von Ca + und Untersuchung des Speicherverhaltens von Elektronen in einem Penningkäfig

Ionenkäfige und speziell Penningfallen stellen sich in der Atomphysik als außergewöhnliche Werkzeuge heraus. Zum einen bieten diese 'Teilchencontainer' die Möglichkeit atomphysikalische Präzisionsmessungen durchzuführen und zum anderen stellen Penningfallen schwingungsfähige Systeme dar, in welchen nichtlineare dynamische Prozesse an gespeicherten Teilchen untersucht werden können. In einem ersten Teil der Arbeit wurde mit der in der Atomphysik bekannten Methode der optischen Mikrowellen-Doppelresonanz Spektroskopie der elektronische g-Faktor von Ca+ mit einer Genauigkeit von 4*10^{-8} zu gJ=2,00225664(9) bestimmt. g-Faktoren von Elektronen in gebundenen ionischen Systemen sind fundamentale Größen der Atomphysik, die Informationen über die atomare Wellenfunktion des zu untersuchenden Zustandes liefern. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde hinsichtlich der Untersuchungen zur nichtlinearen Dynamik von parametrisch angeregten gespeicherten Elektronen beobachtet, dass ab bestimmten kritischen Teilchendichten in der Penningfalle die gespeicherten Elektronen kollektive Eigenschaften manifestieren. Weiterhin wurde bei der Anregung der axialen Eigenbewegung ein Schwellenverhalten der gemessenen Subharmonischen zur 2*omega_z-Resonanz beobachtet. Dieser Schwelleneffekt lässt sich mit der Existenz eines Dämpfungsmechanismus erklären, der auf die Elektronenwolke einwirkt, so dass eine Mindestamplitude der Anregung erforderlich ist, um diese Dämpfung zu überwinden. Durch Bestimmung der charakteristischen Kurven der gedämpften Mathieuschen Differentialgleichung konnte das beobachtete Phänomen theoretisch verstanden werden.

Direct observation of a single proton in a Penning trap

In der vorgelegten Doktorarbeit werden Experimente vorgestellt, die an einem einzelnen Proton in einer Penningfalle durchgeführt worden sind. Die Eigenbewegung eines isoliert gespeicherten, freien Protons konnte elektronisch durch Kopplung an einen Resonanzschwingkreis nachgewiesen werden. Dies stellt eine nicht-destruktive Messung dar, d. h. das Teilchen geht während der Messung nicht verloren. Die freie Zyklotronfrequenz, die aus den drei gemessenen Eigenfrequenzen hervorgeht, ist eine von zwei zur Bestimmung des magnetischen Moments notwendigen Frequenzen. So wird im Gegensatz zu den existierenden Arbeiten eine direkte Bestimmung des g-Faktors ermöglicht. Planung, Entwicklung und Inbetriebnahme des experimentellen Aufbaus wurden im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt, womit eine Messgenauigkeit von 10-7 erreicht wurde. Die dabei zu bewältigenden technischen Herausforderungen zur Bestimmung der zweiten Frequenz (der Larmorfrequenz) ergeben sich aus der Kleinheit des magnetischen Moments. Bei dem für diese Messung benötigten Spinzustand des Teilchens handelt es sich um einen internen Freiheitsgrad, der nur über eine Kopplung des magnetischen Moments an die Eigenbewegung bestimmt werden kann. Eine neuartige, hybride Penningfalle wird in dieser Arbeit vorgestellt, die als Quantensprung-Spektrometer die Spininformation auf die Eigenbewegung abbildet. Damit liegt der aus der magnetischen Kopplung resultierende Frequenzunterschied in den beiden Spinzuständen erstmalig in einem elektronisch detektierbaren Bereich.

Gespeicherte Ionen in der Paulfalle: Voruntersuchungen zur Lebensdauermessung des metastabilen 6D-3/2-Zustands des 226 Ra +, Speichereigenschaften von 138 Ba + und 28 N 2 + bei Variation des Puffergasdrucks

Auf Paulfallen basierende Experimente spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen der Physik, z.B. der Atomphysik zum Test theoretischer Modelle und der Massenspektroskopie. Die vorliegende Arbeit widmet sich beiden Themengebieten und gliedert sich entsprechend in zwei Teilbereiche: 1) Erdalkali-Ionen sind aufgrund ihrer Energieniveaus optimale Kandidaten für Laserspektroskopie-Experimente mit Ionenfallen und bestens geeignet, um mittels der spektroskopischen Daten die theoretischen Modelle zu testen. Lediglich für Ra+ fehlen bislang als einzigem Erdalkali-Ion diese Daten wie z.B. die Lebensdauern der metastabilen Niveaus. Diese wären auch von Interesse für bereits geplante Radium-Experimente zur Paritätsverletzung. Im ersten Teil dieser Arbeit wird der Aufbau eines Laser-Paulfallenexperiments zur Messung der Lebensdauer des 6D3/2 Zustands von 226Ra+ dokumentiert und es werden Testmessungen mit 138Ba+ vorgestellt. 2) Für die Verwendung der Paulfalle in der Massenspektroskopie und zur Analyse von Reaktionsprodukten ist die Kenntnis der Lage der im Speicherbereich auftretenden nichtlinearen Resonanzen wesentlich, ebenso wie deren Veränderung durch Dämpfung und Raumladung. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden detaillierte Untersuchungen der Speicherung großer puffergasgekühlter Ionenwolken an zwei unterschiedlichen Paulfallen-Experimenten vorgestellt. Am ersten wurden 138Ba+-Ionenwolken kontinuierlich durch Laserspektroskopie bzw. über einen elektronischen Nachweis beobachtet, während das zweite N2+-Molekülionen automatisiert destruktiv nachwies. Am N2+-Experiment wurden zwei hochaufgelöste Messungen des ersten Speicherbereichs durchgeführt, die erstmals eine direkte Überprüfung der theoretisch berechneten Verläufe der Resonanzen mit experimentellen Daten erlauben. Die Nachweiseichung ermöglichte dabei zum ersten Mal die Angabe absoluter Ionenzahlen. Im Gegensatz zu vergleichbaren früheren Messungen wurden hierbei die sich überlagernden Speicherbereiche von 4 simultan gespeicherten Ionensorten beobachtet und zur Analyse der Resonanzen herangezogen. Die nichtlinearen Resonanzen wurden untersucht bei Variation von Puffergasdruck und Ionenzahl, wobei kollektive Resonanzen ohne zusätzliche externe Anregung beobachtet wurden. Die gemessenen Raumladungsverschiebungen wurden mit theoretischen Modellen verglichen. Bei Variation des Puffergasdrucks wurde mit Bariumionen die räumliche Ausdehnung der Ionenwolke gemessen und mit Stickstoffionen die Verschiebung des Punktes optimaler Speicherung bestimmt. Dabei wurde festgestellt, daß der zum Ioneneinfang optimale Puffergasdruck kleiner ist als der, bei dem die längsten Speicherdauern erzielt werden. Mit gespeicherten N2+-Ionen wurde die Position extern angeregter kollektiver und individueller Resonanzen im Frequenzspektrum bei Änderung der Parameter Ionenzahl, Puffergasdruck und Dauer der Anregung untersucht, ebenso wie die Resonanzform, die mit theoretischen Linienformen verglichen wurde. Bei Änderung der Fallenparameter wurden verstärkende Effekte zwischen nahen kollektiven Resonanzen festgestellt. Die Beobachtung, welche der im Frequenzspektrum vorher identifizierten Bewegungs-Resonanzen sich bei Variation der Fallenparameter a bzw. q überlagern, ermöglicht eine bislang nicht beschriebene einfache Methode der Bestimmung von nichtlinearen Resonanzen im Stabilitätsdiagramm.

Der g-Faktor des Protons

In dieser Arbeit wird die bisher präziseste und erste direkte Hochpräzisionsmessung des g-Faktors eines einzelnen Protons präsentiert. Die Messung beruht auf der nicht-destruktiven Bestimmung der Zyklotronfrequenz und der Larmorfrequenz eines in einer Penning-Falle gespeicherten Protons. Zur Bestimmung der Larmorfrequenz wird die Spin-Flip-Wahrscheinlichkeit als Funktion einer externen Spin-Flip-Anregung aufgenommen. Zu diesem Zweck wird der kontinuierliche Stern-Gerlach Effekt verwendet, welcher zu einer Kopplung des Spin-Moments an die axiale Bewegung des Protons führt. Ein Spin-Flip zeigt sich dabei in einem Sprung der axialen Bewegungsfrequenz. Die Schwierigkeit besteht darin, diesen Frequenzsprung auf einem Hintergrund axialer Frequenzfluktuationen zu detektieren. Um diese Herausforderung zu bewältigen, wurden neuartige Methoden und Techniken angewandt. Zum einen wurden supraleitende Nachweise mit höchster Empfindlichkeit entwickelt, welche schnelle und damit präzise Frequenzmessungen erlauben. Zum anderen wurde eine auf dem statistischen Bayes Theorem basierende Spin-Flip-Analyse-Methode angewandt. Mit diesen Verbesserungen war es möglich, einzelne Spin-Flips eines einzelnen Protons zu beobachten. Dies wiederum ermöglichte die Anwendung der sogenannten Doppelfallen-Methode, und damit die eingangs erwähnte Messung des g-Faktors mit einer Präzision von 4.3 10^-9.

Hohlraum Target for Overcoming Refractive Losses in Plasma X-ray Lasers

Refractive losses in laser-produced plasmas used as gain media are caused by electron density gradients, and limit the energy transport range. The pump pulse is thus deflected from the high-gain region and the short wavelength laser signal also steers away, causing loss of collimation. A Hohlraum used as a target makes the plasma homogeneous and can mitigate refractive losses by means of wave-guiding. A computational study combining a hydrodynamics code and an atomic physics code is presented, which includes a ray-tracing modeling based on the eikonal theory of the trajectory equation. This study presents gain calculations based on population inversion produced by free-electron collisions exciting bound electrons into metastable levels in the 3d94d1(J = 0) → 3d94p1(J = 1) transition of Ni-like Sn. Further, the Hohlraum suggests a dramatic enhancement of the conversion efficiency of collisionally excited x-ray lasing for Ni-like Sn.

A moiré deflectometer for antimatter

The precise measurement of forces is one way to obtain deep insight into the fundamental interactions present in nature. In the context of neutral antimatter, the gravitational interaction is of high interest, potentially revealing new forces that violate the weak equivalence principle. Here we report on a successful extension of a tool from atom optics—the moiré deflectometer—for a measurement of the acceleration of slow antiprotons. The setup consists of two identical transmission gratings and a spatially resolving emulsion detector for antiproton annihilations. Absolute referencing of the observed antimatter pattern with a photon pattern experiencing no deflection allows the direct inference of forces present. The concept is also straightforwardly applicable to antihydrogen measurements as pursued by the AEgIS collaboration. The combination of these very different techniques from high energy and atomic physics opens a very promising route to the direct detection of the gravitational acceleration of neutral antimatter.

Radiative properties for warm and hot dense matter

We will present calculations of opacities for matter under LTE conditions. Opacities are needed in radiation transport codes to study processes like Inertial Confinement Fusion and plasma amplifiers in X-ray secondary sources. For the calculations we use the code BiGBART, with either a hydrogenic approximation with j-splitting or self-consistent data generated with the atomic physics code FAC. We calculate the atomic structure, oscillator strengths, radiative transition energies, including UTA computations, and photoionization cross-sections. A DCA model determines the configurations considered in the computation of the opacities. The opacities obtained with these two models are compared with experimental measurements.