Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, mit h?chster Pr?zision r?ntgenspektroskopische Messungen an helium?hnlichem Uran vorzunehmen. Die Ergebnisse des Teams, an dem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena und des Helmholtz-Instituts Jena beteiligt sind, zeigen zum ersten Mal die Trennung und separate ?berprüfung von Zwei-Schleifen- und Zwei-Elektronen-quantenelektronischen Effekten für den Bereich der extrem starken Coulomb-Felder schwerster Kerne. Ihre Ergebnisse haben die Forscherinnen und Forscher jetzt im Fachma?gazin ?Nature“ ver?ffentlicht.

Millionen Durchg?nge pro Sekunde im Linearbeschleuniger

Bei dem jetzt ver?ffentlichten Paper handelt es sich um Grundlagenforschung, um die alte Frage, was unsere Welt im Innersten zusammenh?lt. Wie Dr. Robert L?tzsch vom Institut für Optik und Quantenelektronik der Universit?t Jena sagt, sei das Besondere, dass die Messun?gen an den schwersten noch stabilen Atomen vorgenommen wurden. ?Bei den Messungen am Wasserstoffatom mit der Kernladungszahl Eins k?nnen wir die ?berg?nge pr?zise bis zu 13 Stellen nach dem Komma messen“, sagt Dr. L?tzsch. Beim nun verwendeten Uran mit einer Kernzahl von 92 seien pr?zise Messungen bis zur fünften Nachkomma-Stelle gelungen. Gemessen werde der ?bergang von Elektronen aus ihren Bahnen. Ort des Ganzen war der Energiespeicherring (ESR) von GSI/FAIR in Darmstadt – eine Teilchenbeschleunigeranlage, die von mehreren europ?ischen L?ndern gemeinsam genutzt wird. An den aktuellen Messun?gen waren Arbeitsgruppen aus Polen, Frankreich, Portugal und Deutschland unter Federfüh?rung von Martino Trassinelli und Robert L?tzsch beteiligt. Die Anlage in Darmstadt teilt sich in den Ionenspeicherring, dessen Umlaufbahn über 100 Meter misst, und einen davor geschalteten Beschleuniger, der mehr als einen Kilometer lang ist.?

Den Ablauf des Experiments beschreibt Robert L?tzsch so: Zun?chst werden freie Ionen erzeugt. Dazu wird Uran verdampft und dann enorm beschleunigt, auf etwa 40 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Das so entstandene Material wird durch eine spezielle Folie geleitet und verliert dabei Elektronen. Danach werden die beschleunigten Teilchen in den Speicher?ring geleitet, wo sie um die Kreisbahn jagen. ?Bis zu 50 Millionen Mal pro Sekunde flitzen die Teilchen an unseren Spektrometern vorbei, ab und zu gibt es dabei einen Elektronenüber?gang, den wir per Spektrometer erfassen k?nnen“, so L?tzsch. Das spezielle Bragg-Kristall?spektrometer sei in Jena gebaut worden.?

Der speziell gebogene Kristall ist eine Jenaer Entwicklung

Als Herzstück des Spektrometers diene ein speziell gebogener Kristall aus dem Element Germanium, sagt Robert L?tzsch. ?Dieser Kristall ist so dünn wie ein Blatt Papier, er wird in eine spezielle Glasform eingelegt“, so L?tzsch. Das erfordere viel Know-how und sei eine Jenaer Entwicklung. Seit mehr als 30 Jahren werde an der Entwicklung solcher Messger?te geforscht.?

Die Reihe von Experimenten, deren Ergebnisse jetzt ver?ffentlicht wurden, hat die Forschungs?gruppe bereits 2021 durchgeführt. Gut drei Wochen um die Osterzeit wurden ben?tigt, unter den erschwerten Bedingungen der Corona-Pandemie. Doch der Aufwand habe sich gelohnt, so der Experimentalphysiker: ?Wir haben erfolgreich getestet, ob unser theoreti?sches Verst?ndnis auch in dieser exotischen Nische der vorhandenen Materie zutrifft.“ Hei?t, die Ergebnisse tragen dazu bei, das Verst?ndnis von dem, was ?die Welt im Innersten zusam?men?h?lt“, weiter zu vertiefen.?