Der Zweiphotonenzerfall (2E1) als Testfall des Verständnisses der Struktur schwerer Atome oder Ionen

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird das Phänomen des Zweiphotonenzerfalles als ein Prozeß zweiter Ordnung in starken elektromagnetischen Feldern untersucht. Bei diesem Prozeß findet ein Übergang zwischen zwei Zuständen unter gleichzeitiger Emission zweier Photonen statt. Die Energien der einzelnen Photonen besitzen eine kontinuierliche und symmetrische Verteilung mit einem Maximum bei der halben Übergangsenergie.

Seine besondere Bedeutung erhält der Zweiphotonenzerfall durch den Umstand, daß zu seiner Berechnung die komplette Struktur des Atoms bzw. Ions benötigt wird. Zur Berechnung der Übergnagswahrscheinlichkeit muß über alle möglichen virtuellen Zwischenzustände (gebunden oder kontinuierlich) summiert werden. Die benötigten Wellenfunktionen und Energien der Zwischenzustände können innerhalb theoretischer Ansätze berechnet werden. Eine exakte Messung der Energieverteilung erlaubt somit einen Test der theoretischen Vorhersagen. Da diese Vorhersagen unter der Annahme bestimmter Voraussetzungen gefunden werden, kann man somit auch das Verständnis des physikalischen Problems testen. Die simultane Aussendung zweier E1-Photonen (2E1) als ein Prozeß höherer Ordnung wurde im Rahmen der Atomphysik für drei unterschiedliche Beispiele untersucht. Das Interesse lag hierbei besonders bei schweren Ein- und Zweielektronensystemenbzw. bei den analogen Systemen mit einer Vakanz in der Elektronenhülle. Durch Anwendung einer Koinzidenztechnik zum Nachweis der beiden ausgesendeten Photonen wurde die Spektralverteilung des Prozesses für die jeweiligen Systeme gemessen.

Heliumähnliche Ionen stellen die einfachsten Systeme dar, bei denen man die konkurrierenden Einflüsse von relativistischen Effekten und der Elektron-Elektron-Wechselwirkung auf die Wellenfunktionen und somit auch auf die Energieverteilung der Photonen des 2E1-Zerfalles untersuchen kann. Um dies zu untersuchen, wurde die Energieverteilung in He-ähnlichem Nickel (Kernladungszahl Z = 28) bzw. Gold (Z = 79) gemessen. Mit Hilfe einer separat bestimmten Antwortfunktion der Detektoren konnte hieraus erstmals direkt auf das Matrixelement des Überganges geschlossen werden. Als Erweiterung auf Vielelektronensysteme ist die Untersuchung der Energieverteilung des 2E1-Zerfalles in Silber (Z = 47) mit einer Innerschalenvakanz zu sehen. Insbesondere durch die Messung unter zwei verschiedenen Winkeln läßt sich eine erste Aussage über die Winkelverteilung der zwei Photonen in diesen Systemen machen.

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