Voraussetzungen für Untersuchungen der relativistischen Quantendynamik in Experimenten an der GSI und FAIR Forschungsanlagen

• Antragsteller: Dr. Alexandre Gumberidze; Professor Dr. Thomas Stöhlker
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323411814

Der vorliegende Antrag zielt auf die Bildung einer starken Kollaboration, welche an der Entwicklung der Theorie der Quantendynamik von Elektronen (einschließlich Elektron-Positron-Paarerzeugung) und Strahlungsprozesse in starken elektromagnetischen Feldern arbeitet. Diese Studien werden für geplante Experimente bei GSI und FAIR benötigt. Die Teams werden an der Entwicklung von relativistischen Methoden für die Berechnung von Elektronenanregung, Umladung und Paarerzeugungsprozessen in niederenergetischen Ion-Atom-Stößen arbeiten. Der bisher entwickelte Ansatz soll um die zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie erweitert werden, welche uns erlauben wird die interelektronischen Wechselwirkungen korrekt zu berücksichtigen und relativistische viel-Elektronen Prozesse in (quasi-)symmetrischen niederenergetischen Ion-Atom-Stößen zu beschreiben. Von besonderem Interesse sind Untersuchungen quasi-molekulare Strahlungsspektren bei niedrigenergetischen Schwerionenkollisionen. Tatsächlich führt die kohärente Superposition der Übergangsamplituden mit der Photonenemission im ein- und auslaufenden Teil der Ionentrajektorie zu einer Interferenzstruktur der Strahlung, welche einen Vergleich zwischen Theorie und Experiment ermöglicht. Die Analyse der Intensität und Form der Spektren wird ein leistungsfähiges Werkzeug für die Untersuchung verschiedener Prozesse und für die Suche nach neuer Physik in niedrigenergetischen Schwerionen-Atom-Kollisionen in superkritischen Feldern. Somit wird eine Technik für die Berechnungen von quasi-molekularen Strahlungsspektren entwickelt. Mit diesen Erweiterungen werden die Wahrscheinlichkeiten verschiedener Prozesse in Niederenergie-Schwerionen-Atom Kollisionen berechnet, deren Messung an CRYRING@ESR (Darmstadt) geplant ist. Die Wahrscheinlichkeiten von Umladung, Ionisation und Paarerzeugung in Ion-Atom (-Ion) Kollisionen mit Projektilenergien nahe der Coulomb-Schwelle werden auch unter Berücksichtigung des vollbesetzen negativen Dirac-Kontinuums berechnet. Die Teams werden ferner auch an der Entwicklung einer relativistischen Technik zur Beschreibung hochgeladener Ionen in starken Laserfeldern arbeiten. Die Rolle von nicht-Dipol-Effekten, der Einfluss des negativen Dirac-Kontinuums und Spin-Asymmetrie Effekte in diesen Prozessen werden untersucht. Ein relativistischer Ansatz zur Beschreibung der Wechselwirkung von twisted Elektronen mit verschiedenen ionischen und atomaren Systemen wird ebenfalls entwickelt. Relativistische Berechnungen der radiativen und dielektronischen Rekombination von Vortex-Elektronenstrahlen mit schweren hochgeladenen Ionen werden durchgeführt. Die genannten Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit den Experimentatoren von GSI / FAIR (Teil des deutschen Teams in diesem Projekt) durchgeführt, so dass eine optimale Planung und Vorbereitung der entsprechenden Experimente gewährleistet werden kann um die interessantesten physikalischen Phänomene auf dem Gebiet der Niederenergie-Ionenstöße zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Mitverantwortliche: Dr. Angela Bräuning-Demian; Dr. Michael Lestinsky
• Kooperationspartner: Professor Dr. Vladimir M. Shabaev