Zum Inhalt springen

ALPHATRAP

Abbildung 1: Der neue ALPHATRAP-Aufbau.
Abbildung 1: Der neue ALPHATRAP-Aufbau. Die Ionen werden von oben aus der Heidelberg-EBIT eingeschossen. Das Design basiert auf dem Aufbau in Mainz, jedoch werden einige Verbesserungen und Neuerungen implementiert.

Zur Messung des g-Faktors des Elektrons in extrem schweren Ionen wird derzeit am MPIK eine neue kryogene Penningfalle namens ALPHATRAP entwickelt. Für die Falle besteht Zugang zur Heidelberg EBIT [1], welche extrem schwere hochgeladene Ionen bis zu 208Pb81+ liefern kann. Mit solchen Systemen ist es möglich die QED in extremen Feldstärken an der Grenze unseres Wissens zu testen. Die Ionen werden über eine Beamline mit Ionenoptikelementen und Diagnoseeinheiten zu ALPHATRAP transportiert. Die Falle ist in einem Flüssigheliumkryostaten angebracht, um eine kryogene Umgebung bereitzustellen. Um geeignete Hochvakuumbedingungen zur Speicherung von hochgeladenen Ionen sicherzustellen, wurde ein kryogenes Vakuumventil entwickelt um die Beamline mit Raumtemperaturvakuum von der Fallenregion zu trennen.

Außer den mechanischen Unterschieden durch den offenen Aufbau können die meisten technischen Elemente prinzipiell aus dem Mainzer Aufbau übernommen werden. Es sind jedoch Anpassungen aus verschiedenen Gründen nötig. Beispielsweise führen die hohen Ladungszustände zu einer systematischen Verschiebung der Ionenfrequenzen aufgrund eines Spiegelladungseffektes. Dadurch wird ein im Vergleich zur Mainzer Falle größerer Falleninnenradius zwingend nötig. Ein weiteres Beispiel ist ein noch komplexeres und anspruchsvolleres Detektionssystem, welches im Moment entwickelt wird.

Referenzen

[1] Optimization of the charge state distribution of the ion beam extracted from an EBIT by dielectronic recombination
J. R. Crespo López-Urrutia, J. Braun1, G. Brenner, H. Bruhns, A. Lapierre, A. J. González Martı́nez, V. Mironov, R. Soria Orts, H. Tawara, M. Trinczek and J. Ullrich
Rev. Sci. Instrum. 75, 1560 (2004) 

 

ERC Advanced Grant

This project receives funding from the European Research Council (ERC) under the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 832848 - FunI.

9 High-Precision Determination of g Factors and Masses of 20Ne9+ and 22Ne9+

F. Heiße, M. Door, T. Sailer, P. Filianin, J. Herkenhoff, C. M. König., K. Kromer, D. Lange, J. Morgner, A. Rischka, C.. Schweiger, B. Tu, Y. N. Novikov, S. Eliseev, S. Sturm, and K. Blaum
Physical Review Letters 131, 253002 (2023)

8 Stringent test of QED with hydrogen-like tin

J. Morgner, B. Tu, C. M. König., T. Sailer, F. Heiße, H. Bekker, B. Sikora, C. Lyu, V. A. Yerokhin, Z. Harman, J. R. Crespo López-Urrutia, C. H. Keitel, S. Sturm, and K. Blaum
Nature 622, 53-57 (2023)
 MPIK press release: Precise testing of quantum electrodynamics
 MPIK-Pressemitteilung: Quantenelektrodynamik auf dem Prüfstand
 MPG press release: When the laws of physics are at stake - Quantum electrodynamics put to the test
 MPG-Presssemitteilung: Wenn Gesetze der Physik auf dem Spiel stehen - Quantenelektrodynamik auf dem Prüfstand
 Nature research briefings: Testing the limits of the standard model of particle physics with a heavy, highly charged ion
 phys.org: A precise test of quantum electrodynamics: Measuring the g factor of electrons in hydrogen-like tin

7 Measurement of the bound-electron g-factor difference in coupled ions

T. Sailer, V. Debierre, Z. Harman, F. Heiße, C. König, J. Morgner, B. Tu, A. V. Volotka, C. H. Keitel, K. Blaum, and S. Sturm
Nature 606, 479-483 (2022)
 Nature News & Views: Tiny isotopic difference tests standard model of particle physics
 MPIK press release: Quantum electrodynamics tested 100 times more accurately
 MPIK-Pressemitteilung: Quantenelektrodynamik 100-fach genauerer getestet
 phys.org: Quantum electrodynamics tested 100 times more accurately than ever
 pro-physik.de: Präzisionsprüfung der Quantenelektrodynamik

6 Tank-Circuit Assisted Coupling Method for Sympathetic Laser Cooling

B. Tu, F. Hahne, I. Arapoglou, A. Egl, F. Heiße, M. Höcker, C. König, J. Morgner, T. Sailer, A. Weigel, R. Wolf, and S. Sturm
Advanced Quantum Technologies 4, 2100029 (2021)

5 Perspectives on testing fundamental physics with highly charged ions in Penning traps

K. Blaum, S. Eliseev, and S. Sturm
Quantum Science and Technology 6, 014002 (2020)

4 g Factor of Lithiumlike Silicon: New Challenge to Bound-State QED

D. A. Glazov, F. Köhler-Langes, A. V. Volotka, K. Blaum, F. Heiße, G. Plunien, W. Quint, S. Rau, V. M. Shabaev, S. Sturm, and G. Werth
Physical Review Letters 123, 173001 (2019)

3 Application of the Continuous Stern-Gerlach Effect for Laser Spectroscopy of the 40Ar13+ Fine Structure in a Penning Trap

A. Egl, I. Arapoglou, M. Höcker, K. König, T. Ratajczyk, T. Sailer, B. Tu, A. Weigel, K. Blaum, W. Nörtershäuser, and S. Sturm
Physical Review Letters 123, 123001 (2019)

2 g Factor of Boronlike Argon 40Ar13+

I. Arapoglou, A. Egl, M. Höcker, T. Sailer, B. Tu, A. Weigel, R. Wolf, H. Cakir, V. A. Yerokhin, N. S. Oreshkina, V. A. Agababaev, A. V. Volotka, D. V. Zinenko, D. A. Glazov, Z. Harman, C. H. Keitel, S. Sturm, and K. Blaum
Physical Review Letters 122, 253001 (2019)
 pro-physik.de: Alphatrap-Experiment liefert erste Ergebnisse
 idw press release: First results of the new Alphatrap experiment
 MPIK-Pressemitteilung: Erste Resultate des neuen ALPHATRAP-Experiments

1 The ALPHATRAP experiment

S. Sturm, I. Arapoglou, A. Egl, M. Höcker, S. Kraemer, T. Sailer, B. Tu, A. Weigel, R. Wolf, J. R. Crespo López-Urrutia, and K. Blaum
European Physical Journal - Special Topics 227, 1425-1491 (2019)