Präparation eines reinen metastabilen 7 Li +-Ionenstrahls für die Präzisionsspektroskopie im Speicherring

Abstract

An dem Schwerionenspeicherring TSR (MPI für Kernphysik, Heidelberg) wurde ein 7 Li +-Ionenstrahl geringer Dichte durch RF-Bunchen und Laserkühlung präpariert.Die Phasenraumverteilung in dem Strahl wurde durch Laser- spektroskopie an Ionen im metastabilen Zustand untersucht. Ein umlaufsynchrones, zeitaufgelöstes Meßverfahren für das Fluoreszenzlicht ermöglichte die Bestimmung der räumlichen Struktur mit dieser rein optischen Methode.Durch einen speziellen Präparationsschritt wurden die Ionen im Grundzustand aus dem Speicherring entfernt. Der sonst dominierende Heizeffekt der strahlinternen Streuung war dadurch vernachlässigbar und es konnte eine Temperatur von 160 mK erreicht werden.Der präparierte Ionenstrahl bietet besondere Eigenschaften im Hinblick auf Präzisionsexperimente, bei denen mit möglichst ungestörten Ionen gearbeitet werden soll. Es wird gezeigt, daß die Phasenraumverteilung der Ionen nicht mehr durch Ion-Ion-Wechselwirkungen bestimmt ist und daß der verbleibende Heizmechanismus durch die Streuung am Restgas erklärt werden kann.1993 wurde durch Laserspektroskopie an 7 Li + im TSR die spezielle Relativitätstheorie im Hinblick auf die relativistische Zeitdilatation experimentell getestet. In diesem Zusammenhang wird das zu erwartende Ergebnis eines Experimentes diskutiert, das, basierend auf den in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren, einen erneuten Test der relativistischen Zeitdilatation mit verbesserter Genauigkeit durchführen könnte.

At the heavy ion storage ring TSR (MPI für Kernphysik, Heidelberg) a low intensity 7 Li + ion beam was prepared by rf-bunching and laser cooling.The phase space distribution in the beam was observed by laser spectroscopy on the metastable fraction of theions. The spatial distribution could be observed withthis purely optical method by the time resolved measurement of the fluorescence light synchronous to the ion circulation.A special preparation step removed the ground state ions from the storage ring. The otherwise dominate heating by intra beam scattering was negligible in this case and a temperature of 160 mK could be reached.This ion beam offers special properties with respect to precision experiments designed for use of unperturbed ions. It will be shown that the phase space distribution is not longer governed by ion-ion interactions and the remaining heating mechanism can be explained by residual gas scattering.In 1993 the time dilation factor of the special theory of relativity was experimentally proofed by laser spectroscopy on 7 Li + ions in the TSR storage ring. The expected result of an experiment making use of the described techniques to perform an improved test of the time dilation factor is discussed.