Steffen Novotny MPI für Kernphysik, Heidelberg

Physik am Samstagmorgen, 10. März 2007

Moleküle im Karussell

HD +CH+

H2O+

CH 2+

H3+CF+

H2+

Übersicht

Elektron trifft Molekül oder der Prozess der Dissoziativen

Rekombination

Ort: Im Karussell- der Speicherring im Einsatz

Was geht dort vor ? ...Der richtige Detektor für jedes Experiment

HD +CH+

H2O+

CH 2+

H3+CF+

H2+

Elektron trifft Molekül

Elektron

Molekülion

XY+

„Dissoziative Rekombination“

X

Y

Elektron trifft Molekül

Elektron

Molekülion

H2+

„Dissoziative Rekombination“

H

H

zum Beispiel: Wasserstoffmolekülion H2

+

Energieerhaltung Impulserhaltung Innere Energie

der Wasserstoffatome ?

Elektron trifft Molekül

Vorkommen der Dissoziativen Rekombination:

Interstellares Medium ... Orte der Sternentstehung

H H2 H2+ H3

+

e-

Elektron trifft Molekül

Vorkommen der Dissoziativen Rekombination:

Interstellares Medium ... Orte der Sternentstehung

Obere Atmosphäre... Nachthimmelleuchten

Elektron trifft Molekül

Vorkommen der Dissoziativen Rekombination:

Interstellares Medium ... Orte der Sternentstehung

diverse Plasmen ... Wiedereintritt von Raumschiffen

Obere Atmosphäre... Nachthimmelleuchten

Wie untersucht man diesen Prozess ?

Ionenfalle Vorteil: kalte Moleküle

Nachteil: Neutrale Bruchstücke fliegen überall hin!

Ausweg:

Der Speicherring – eine etwas andere, große „Ionenfalle“

Ort: Im Karussell

Unser Speicherring, der TSR:

Ort: Im Karussell

• Dipolmagnete halten Molekülionen in der Bahn

• Weltraumvakuum (10-14 bar = 0.000 000 000 000 01 bar)

• Molekülionen kommen mit 3 % Lichtgeschwindigkeit in den Ring

aus dem Beschleuniger und der Ionenquelle

lange Speicherzeiten (~Minuten) !

150 000 Runden pro Sekunde!

In 30 Sekunden zum Mond !

~ 10 m

Unser Speicherring, der TSR:

Ort: Im Karussell

• Molekül-Ionen bei Zimmertemperatur

Unser Speicherring, der TSR:

Ort: Im Karussell

• Reaktion im Flug

• Molekül-Ionen bei Zimmertemperatur

Elektronenquelle

IonenstrahlÜberlagerung desElektronenstrahls

X

Y

vX*

vY*

vX

vY

vIonen

Im Labor

Unser Speicherring, der TSR:

Ort: Im Karussell

• Reaktion im Flug

• Molekül-Ionen bei Zimmertemperatur

IonenstrahlÜberlagerung desElektronenstrahls

Detektor

~ cm

~ 12 m

Strahlenergie: ~ 1.000.000 eVfreiwerdende kinetische Energie: ~ 1 eVElektronenquelle

Einige unserer Detektoren:

Was geht dort vor ?

Einige unserer Detektoren:

Was geht dort vor ?

• Teilchenzähler zur Ratenmessung

Halbleiterdetektor

Rat

e

[cm

3 / s

]

Energie [meV ]Kann jedes Teilchen zählen !

Theorie

Experiment

300 K10 K

HD+ (2006)Faktor 10 !!

Einige unserer Detektoren:

Was geht dort vor ?

• 3D Abstandsmessung der Endprodukte

CCD KamerasDetektor

Einige unserer Detektoren:

Was geht dort vor ?

• 3D Abstandsmessung der Endprodukte

3D Abstand

Abstandauf

Detektor

t

Nanosekunden – Kamera System

Nanosekunden(0, 000 000 001 s)

Einige unserer Detektoren:

Was geht dort vor ?

• 3D Abstandsmessung der Endprodukte

3D Abstand

t

Abstandauf

Detektor 10

020

30

0 10 30- 30 - 20 - 10

20

v t [mm]

Abstandauf Detektor

[mm] CF+

v

angeregte Atomenicht angeregte Atome

Wie geht es weiter ?

Ionen à la Carte - Annemieke Petrignani

Moleküle im Karussell - Steffen Novotny

Eiskalt speichern - Robert von Hahn

Hier passiert alles bei KÄLTE !