Prof. Dr. Stephan Fritzsche

Exotische Atomkerne erforschen / Jenaer Physiker untersuchen die theoretischen Grundlagen

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt mit über 2,4 Millionen Euro sechs deutsche Universitäten bei ihren kernphysikalischen Untersuchungen an der Forschungsanlage ISOLDE des Europäischen Kernforschungszentrums CERN in Genf. Dort werden exotische Atomkerne erzeugt und zu verschiedenen Experimenten geleitet. Das BMBF stellt die Mittel im Rahmen der Verbundforschungsförderung für drei Jahre bereit. Gefördert werden Arbeitsgruppen der Universitäten in Greifswald, Jena, Köln und Mainz sowie der Technischen Universitäten Darmstadt und München.
Prof. Dr. Stephan Fritzsche
Foto: Jürgen Scheere/FSU

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Hochempfindliche Detektoren entwickeln

Forschungsgegenstand sind exotische, kurzlebige Atomkerne. Selbst mit modernsten Methoden gelingt ihre Herstellung am CERN oft nur mit sehr geringen Teilchenzahlen. Daher müssen hochempfindliche Detektoren entwickelt werden, um die kurzlebigen Atomkerne nicht nur nachzuweisen, sondern auch ihre Eigenschaften - zum Beispiel Größe, Masse und Anregungsspektrum - mit hoher Genauigkeit zu vermessen. Dabei werden zum einen atomphysikalische Methoden wie Laserspektroskopie und Massenspektrometrie bei niedrigen Teilchenenergien zur Anwendung kommen. Darüber hinaus werden neue Akzente im Bereich der hochaufgelösten Kernspektroskopie nach Kernstößen und -zerfällen gesetzt werden, nachdem ISOLDE vor kurzem zur sogenannten HIE-ISOLDE erweitert wurde, mit höheren (H) Intensitäten (I) sowie bei höheren Energien (E) der Teilchenstrahlen, die den Forschungsgruppen damit zur Verfügung gestellt werden können. Diese Erweiterungen wurden nicht zuletzt durch die erfolgreichen Messungen mit dem "MINIBALL"-Detektor angestoßen, an dem deutsche Gruppen wesentlich beteiligt sind. Ziel ist ein umfassendes Verständnis der Kernstrukturen und der sie erzeugenden Kräfte.

Beim Forschungsvorhaben an der Friedrich-Schiller-Universität Jena werden insbesondere präzise theoretische Vorhersagen zur Isotopieverschiebung verschiedener offenschaliger Atome und Ionen durchgeführt. Diese theoretischen Grundlagen werden für die Planung und Auswertung der Laser-spektroskopischen Untersuchungen an ISOLDE sowie der super-schweren Elemente Nobelium und Lawrencium benötigt. Erst präzise (elektronische) Strukturrechnungen zu den Isotopieparametern erlauben es in vielen Fällen, die Kerneigenschaften aus den experimentell gemessenen (Isotopie) Verschiebungen der Übergangsfrequenzen zuverlässig zu extrahieren. "Die Isotopieparameter, die die elektronische Antwort auf die unterschiedlichen Massen und Ladungsverteilungen der Isotope beschreiben, hängen oftmals empfindlich von relativistischen Beiträgen und der Korrelation der Elektronen ab und können daher nur mit korrelierten Vielteilchenmethoden angemessen beschrieben werden", erläutert der Jenaer Projektleiter Prof. Dr. Stephan Fritzsche. "Die in unserem Vorhaben geplanten theoretischen Entwicklungen und Berechnungen dienen unmittelbar der Vorbereitung und Analyse der Laser-spektroskopischen Experimente in den Arbeitsgruppen in Darmstadt, Heidelberg und Mainz", ergänzt der theoretische Physiker, der an der Friedrich-Schiller-Universität und am Helmholtz-Institut Jena tätig ist.

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