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In den letzten Jahren ist es möglich geworden, Beschleunigerexperimente mit instabilen, teils sehr exotischen Teilchenstrahlen durchzuführen. Dies hat eine neue Welle von Erkenntnissen für die Erforschung der Kern-und Astrophysik erbracht, und führte zu zahlreichen neuen Anwendungen z.B. in der Festkörperphysik und der Medizin. Auch ergeben sich alternative Methoden für Tests des Standardmodells. All dies soll in dieser Vorlesung (2 Stunden/Woche) besprochen werden.
Exotische Atomkerne spielen eine wichtige Rolle in der Nukleosynthese, also bei der Entstehung der Elemente. So vollzieht sich die Entstehung der schweren Elemente über den sogenannten r-Prozess, bei dem sich mehr und mehr Neutronen an stabile Kerne anlagern. Ungefähr die Hälfte der schwereren Elemente auf der Erde sind ursprünglich über diesen Prozess entstanden, der z.B. in Supernovae abläuft. Die Eigenschaften der beteiligten Atomkerne können nun erstmals experimentell untersucht werden, so z.B. am CERN im Experiment "ISOLDE" ( http://isolde.web.cern.ch ). In Darmstadt wird zur Zeit eine internationale Beschleunigeranlage zur Forschung mit Antiprotonen und Ionen gebaut (Gesamtkosten 1.6 Milliarden Euro), welche in der Zukunft ganz neue Möglichkeiten für solche Experimente mit sehr exotischen Ionenstrahlen ermöglichen wird. Unser Lehrstuhl ist stark in der Entwicklung neuer Aufbauten für dieses Großprojekt beteiligt (https://www.gsi.de/fair/). Zur Zeit forschen wir verstärkt am RIKEN Nishina Center in Tokyo (http://www.rarf.riken.go.jp/Eng/), wo wir z.B. versuchen zu messen, bis zu welchen Massen die Sternentstehungsprozesse ablaufen. Exotische Atomkerne sind auch ein ideales "Labor", um neue quantenmechanische Vielteilchenmodelle zu entwickeln, und hadronische Materie unter extremen Bedingungen, z.B. Neutronensterne, zu verstehen.
Mit instabilen Teilchenstrahlen ergeben sich auch neue Zugänge, um das Standardmodell der Teilchenphysik zu testen. So kann z.B. das V_(ud) CKM Matrix-Element bestimmt werden, in dem man sehr präzise die Massen exotischer Atomkerne misst. Die Möglichkeit, instabile Teilchenstrahlen herzustellen hat zu einer Vielzahl neuer Anwendungen geführt, wie z.B. in der Festkörperphysik (Mössbauer Spektroskopie, Hall-Effekt, Photoluminizenz-Spektroskopie und mehr). Für die Medizin ergeben sich ganz neue Möglichkeiten, spezielle Isotope (als tracer etc.) herzustellen, die für die jeweilige Anwendung genau die gewünschten chemischen und radioaktiven Eigenschaften haben. Auch diese Themen sollen in der Vorlesung beleuchtet werden.
Wir planen zur Zeit eine Exkursion zum Forschungszentrum CERN, die, zusammen mit den Kursteilnehmern des letzten Semesters, im laufenden Semester stattfinden soll. Hier soll der Schwerpunkt auf der Besichtigung der ISOLDE Anlage liegen, wo zu dieser Zeit dann das MINIBALL Germanium-Spektrometer für den Neuanfang bei HIE-ISOLDE vorbereitet wird. |
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