Forschung

Die IONAS-Gruppe untersucht die Struktur und Eigenschaften exotischer (kurzlebiger) Kerne, weit weg vom Tal der Stabilität. Diese Kerne werden in der Natur während der Brennphase von Sternen in Kernfusionsprozessen oder bei einer Supernova-Explosion erzeugt. Im Labor werden solche Kerne an großen Beschleunigeranlagen hergestellt, wie z. B. am Fragmentseparator bei GSI in Darmstadt oder bei TITAN am TRIUMF in Vancouver, Jyväskyla (Finnland), ELI-NP (Rumänien), und SARAF (Israel).

Die Erforschung dieser Kerne ist aus mehreren Gründen interessant:
Mit ihnen kann man Kernmodelle und Theorien unter neuen Bedingungen testen. Viele dieser Kerne zeigen ganz erstaunliche Eigenschaften, die man bei stabilen Kernen nicht findet. Dazu gehören die Ausbildung von Neutronen- und Protonen-"Halos" oder sogenannte Neutronenhäute, d.h. verdünnte Neutronendichteverteilungen an der Kernoberfläche. Die Entdeckung und Untersuchung solcher Phänomene verbessert unser Verständnis der Kernphysik, da herkömmliche Modelle diese Strukturen und Eigenschaften nicht korrekt beschreiben. Ein besseres Verständnis der Eigenschaften exotischer Kerne wird auch in der Astrophysik benötigt, beispielsweise um die Elementhäufigkeit im Sonnensystem und im Universum zu verstehen. Mit dem Fragmentseparator und den Speicherring bei der GSI ist es jetzt zum ersten Mal möglich, exotische Kerne unter Bedingungen zu untersuchen, wie sie in heißer stellare Materie vorkommen.

Die IONAS-Gruppe erforscht die Produktion exotischer Kerne am Fragmentseparator FRS und am SHIP bei der GSI in Darmstadt. Sie entwickelt ionenoptische Verfahren zur Separation, Massenspektrometer und Detektoren und führt Experimente durch. Dazu gehören Präzisionsmassenmessungen exotischer Kerne im Experimentierspeicherring ESR und bei SHIPTRAP sowie Messungen der Halbwertszeit von hochgeladenen Ionen.

Die Arbeitsgruppe ist maßgeblich an der Entwicklung des supraleitenden Fragmentseparators Super-FRS an der internationalen Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR).

Darüber hinaus beschäftigt sie sich mit massenspektrometrische Entwicklungen zur Analytik für die problembereiche Gesundheit, Umwelt, Klima und Sicherheit. Darunter zählen instrumentelle Entwicklungen zu atmosphärischen Probeneinlässen und ionenquellen, sowie interdisziplinäre Anwendungen und Experimente, z.B. massenspektrometrische Untersuchung in den Lebenswissenschaften.