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Projekt
Ab initio Prediction of the 163Ho Electron Capture Spectrum
Antragsteller
Professor Dr. Maurits Haverkort
Fachliche Zuordnung
Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2018 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254114301
Diese Arbeitsgruppe wird das kalorimetrische Elektroneneinfang-Spektrum von 163Ho mit ab initio Methoden vorhersagen. Aus der Perspektive der Teilchenphysik ist die theoretische Behandlung der schwachen Wechselwirkung zwischen einem Elektron und einem Proton, bei der ein Neutron und ein Elektron-Neutrino erzeugt werden, unkompliziert. Jedoch bei Elektroneneinfang durch den Kern eines elektrisch neutralen Atoms wird jene Wechselwirkung von weitaus komplexeren Prozessen begleitet. Die Elektronen eines Atoms sind keine unabhängigen Entitäten, sodass aufgrund starker Coulomb Wechselwirkung sämtliche Elektronen auf den Einfang eines einzelnen reagieren. Deshalb ist das kalorimetrisch gemessene Spektrum von Ho nicht nur durch sieben Lorentz-Verteilungen bestimmt, sondern durch zusätzliche „shake-up“ und „shake-off“ Strukturen.Die theoretische Behandlung des gesamten Spektrums benötigt Kenntnis des Green'schen Propagators, der die Zeitentwicklung eines Dy Atoms beschreibt, welches sich anfänglich im Vielteilchen-Zustand von Ho mit Loch in einer inneren Schale befindet. Die Zeitentwicklung beinhaltet Fluoreszenz und Auger-Zerfälle in gebundene und Kontinuums-Zustände. Diese Zerfälle erzeugen die Ausläufer des Spektrums und damit dessen Endpunkt, welcher überwiegend durch die Masse des Neutrinos beeinflusst wird.Unser Ziel ist es eine numerische Genauigkeit zu erreichen, die es ermöglicht das von Multiplets beherrschte Spektrum mit noch nie dagewesener Präzision vorherzusagen, indem wir numerische Methoden aus Quantenchemie (Configuration Interaction) und Festkörper-Physik (Green'sche Funktionen und Renormierung) kombinieren. Um das zu erreichen, werden wir alle möglichen lokalen Multiplets („shake-up“ und „shake-down“), sowie Fluoreszenz und Auger-Zerfälle der Anregungen miteinbeziehen. Außerdem werden wir die Wechselwirkung der lokalen Ho 4f Zustände mit dem elektronischen Kontinuum des umgebenden Metalls berücksichtigen. Wir werden die notwendigen numerischen Methoden entwickeln, um die Vielteilchen-Korrelationen sowohl des Grundzustandes, als auch der angeregten Zustände mit einer Genauigkeit von unter einem Elektronenvolt zu behandeln. Zusätzlich werden wir eine Fehlerabschätzung bereitstellen, welche die maximale Abweichung zwischen dem berechneten Spektrum und der physikalischen Realität beschreibt.Diese Berechnungen werden erstens ein detailliertes Verständnis der Elektroneneinfang Resonanzen und deren Struktur bieten. Zweitens werden sie Informationen liefern wie stark Multiplet-Anregungen, erweiterte Feinstruktur des Spektrums aufgrund von Mehrfachstreuung der Auger Elektronen im umgebenden Material und Auswahlregeln für die Zerfallsprozesse bezüglich der Anordnung magnetischer Momente der 163Ho 4f Schale und des 163Ho Kerns die Endpunkt-Region beeinflussen. Das endgültige Ziel ist die Bereitstellung von detailliertem Verständnis des 163Ho Elektroneneinfang-Spektrums, welches für die akkurate Bestimmung der Neutrinomasse notwendig ist.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
