German Title: Präzisions-Massenmessungen an THe-Trap und der FSU Trap

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Abstract

THe-Trap is a Penning-trap mass spectrometer at the Max-Planck-Institute for Nuclear Physics in Heidelberg, Germany, that aims to measure the T/3He mass ratio with a relative uncertainty of 10^(−11). Improvements of the measurement technique, in particular the measurement of systematic shifts, enabled measurements of mass ratios with relative uncertainties of 7*10^(−11), as demonstrated by a cyclotron frequency ratio determination on 12C4+/16O5+. This uncertainty was limited by the lineshape. An improved theoretical model based on a rotating wave approximation can be used to describe dynamical interactions between the detection system and the ion, in order to better understand the lineshape and to further reduce the uncertainty.

The Florida State University trap is a Penning-trap mass spectrometer located in Tallahassee, Florida (USA). In the context of this thesis, three mass ratios were measured, and further 20 mass ratio measurements analyzed, which resulted in the publication of the masses of 82,83Kr, 131,134Xe, 86−88Sr, and 170−174,176Yb with relative uncertainties between (0.9 - 1.3)*10^(−10). These masses serve as reference masses for other experiments and have applications in the determination of the fine-structure constant alpha via the photon-recoil method.

Translation of abstract (German)

THe-Trap ist ein Penningfallen-Massenspetrometer am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, welches für die Messung des T/3He-Massenverhältnisses mit einer relativen Unsicherheit von 10^(−11) ausgelegt ist. Durch Verbesserungen der Messmethoden, insbesondere in Bezug auf systematische Frequenzverschiebungen, wurden Massenmessungen mit einer relativen Unsicherheit von 7*10^(−11) erreicht. Dies wurde anhand von Messungen des Zyklotronfrequenzverhältnisses von 12C4+/16O5+ demonstriert. Die Unsicherheit war durch das Verständnis der Linienform limitiert. Ein verbessertes theoretisches Modell, welches auf einer rotating wave approximation basiert, erlaubt es, dynamische Effekte in der Interaktion zwischen Frequenzverschiebungen und Detektionssystem zu beschreiben. Dies kann benutzt werden, um die Linienform zu untersuchen und den damit verbunden systematischen Fehler zu reduzieren.

Die Florida State University Trap ist ein Penningfallen-Massenspektrometer in Tallahassee, Florida (USA). Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei neue Massenverhältnisse bestimmt, sowie Daten von 20 weiteren, vorher durchgeführten Messungen ausgewertet. Dadurch konnten die Massen von 82,83Kr, 131,134Xe, 86−88Sr, and 170−174,176Yb mit relativen Unsicherheiten von (0.9 - 1.3)*10^(−10) bestimmt und publiziert werden. Diese Massen dienen als Referenzwerte für weitere Experimente und können in der Messung der Feinstrukturkonstante alpha mittels der Photon-Rückstoßmethode angewendet werden.