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Willkommen beim Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg, einem von 84 Instituten und Forschungseinrichtungen der  Max-Planck-Gesellschaft. Das MPIK betreibt experimentelle und theoretische Grundlagenforschung auf den Gebieten der Astroteilchenphysik (Synergien von Teilchenphysik und Astrophysik) und der Quantendynamik (Vielteilchendynamik von Atomen und Molekülen).

  

Aktuell


Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden


Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung

Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik. [Nature Photonics, 16.04.2018]

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Auf der Suche nach ultrakaltem Antiwasserstoff


Detailansicht der Nachweisapparatur, die für die Laserspektroskopie von Lanthan-Anionen verwendet wurde.

Rund 15 Jahre nach der ersten Herstellung von niederenergetischem Antiwasserstoff am CERN verfolgen mehrere Experimente am Antiprotonenverzögerer AD das Ziel, seine Eigenschaften genau zu messen, um die Materie-Antimaterie-Symmetrie (CPT) zu überprüfen und die Schwerebeschleunigung von Antimaterie zu bestimmen. Für all diese Experimente ist es unerlässlich, Antiwasserstoff so kalt wie möglich herzustellen, um höchste Genauigkeiten zu erreichen. Derzeit wird Antiwasserstoff bei einigen hundert Kelvin erzeugt; ein kälteres Ensemble (zirka 0,5 Kelvin) lässt sich nur durch eine verlustreiche Auswahl der langsamsten Anti-Atome gewinnen. Forscher des MPIK entwickeln seit einigen Jahren ein neues Verfahren, das die Herstellung von mehrere Größenordnungen kälterem Antiwasserstoff ermöglicht, indem einer seiner Bestandteile, das Antiproton, durch lasergekühlte negative Ionen vorgekühlt wird. Negative atomare Ionen sind empfindliche Systeme mit geringen Bindungsenergien und wenigen oder keinen angeregten Zuständen. Bis heute sind nur wenige von ihnen bekannt, die schnelle Übergänge zwischen gebundenen Zuständen, wie sie zum Laserkühlen benötigt werden, zulassen. Der bisher vielversprechendste Kandidat, das Lanthan-Anion, ist jetzt durch eine Kombination von hochauflösender Spektroskopie und theoretischen Berechnungen vollständig charakterisiert worden. Bei den experimentellen Arbeiten haben Forscher des MPIK die Übergangsrate des möglichen Laserkühlübergangs gemessen und ermittelt, dass sie mit etwa 10 kHz hoch genug für effizientes Laserkühlen ist. Die theoretischen Berechnungen von Verzweigungsverhältnissen und Übergangsraten ergaben, dass der Übergang in hohem Maße geschlossen ist, das heisst, dass der angeregte Zustand wieder in den ursprünglichen Grundzustand zerfällt. Mit diesen Arbeiten konnte daher gezeigt werden, dass Lanthan-Ionen einen gangbaren Weg zur Herstellung von ultrakaltem Wasserstoff darstellen.

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Bilder aus der Forschung am MPIK


  • Künstlerische Darstellung der Reaktion von protoniertem Wasser mit Elektronen im CSR
  • Kupferstreifen verteilen die Kälte zu den Experimentiervakuumkammern des CSR
  • Die Masse eines in einem Atom gebundenen Elektrons wird von QED-Beiträgen zunehmender Ordnung, die als Präzisions-Wägestücke dienen, aufgewogen
  • Elektroden einer Penningfalle
  • MOCCA, ein Mikrokalorimeter für den ultrakalten Speicherring CSR
  • Das Entstehen einer spektralen Absorptionslinie (Fano-Profil)
  • „Chirped mirror“ Anordnung für ultrakurze Laserpulse
  • Kristall aus lasergekühlten Ionen in einer kryogenen Paulfalle
  • Ein Reaktionsmikroskop
  • Wellenfunktion für zwei Elektronen in doppelt angeregtem Helium
  • Prinzip der Erzeugung eines Röntgen-Frequenzkamms mithilfe eines laserkontrollierten Gases
  • Schematische Darstellung von Wechselwirkungen in extrem starken Laserpulsen: Paarerzeugung und spinabhängige Bewegung
  • Illustration der Laserkontrolle in Atomen und Kernen
  • Mithilfe einer laserinduzierten graduellen Aufspaltung kann das gesamte Frequenzspektrum eines breitbandigen Pulses in einem resonanten Medium gespeichert werden
  • Tunnelionisation eines hochgeladenen Ions bei relativistischen Laserintensitäten
  • Kameras für CTA: CHEC für kleine Teleskope vor FlashCam für mittelgroße Teleskope
  • Das komplette H.E.S.S.-Teleskopsystem mit den vier 12-m-Teleskopen und dem 28-m-Teleskop in der Mitte
  • Bild eines Teilchenschauers, simultan beobachtet von allen fünf H.E.S.S.-Teleskopen
  • Einer der "Outrigger"-Tanks vor dem Haupt-Detektorfeld des High Altitude Water Cherenkov (HAWC) Observatoriums
  • Eine Proton-Blei-Kollision, beobachtet mit dem LHCb-Detektor
  • Einbau der Acrylbehälter in den Double-Chooz-Detektor
  • Die vier Germanium-Detektoren des Neutrinoexperiments CONUS in ihrer Abschirmung
  • Elementarteilchen des Standardmodells und ihre hypothetischen supersymmetrischen und Seesaw-Partner
  • Die GERDA-Detektorstrings mit Nylon-Abschirmung und Lichtleiter
  • Das obere Photomultiplier-Array für das XENON1T-Experiment zur Suche nach Dunkler Materie
  • Annihilationsspuren von Antiprotonen in einem Emulsionsdetektor
  • Vergoldeter Spiegel für ein Detektormodul im mittleren Infrarot an der Cryogenic Trap for Fast ion beams (CTF).
  • Illustration der Rotationssymmetrie des Oktaeders, die benutzt wird um Modelle für Fermionmischung zu generieren
Max-Planck-Gesellschaft

16.04.18

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