Malbrunot, C. (2007). Collisional effects in the measurement of the hyperfine structure of antiprotonic helium [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/181921
Antiprotonic helium atoms are unique interfaces to study the properties of an orbiting pbar in a metastable state. High precision spectroscopy enables to measure the energy levels of these singular exotic atoms and provide a test of the CPT symmetry.<br />The collisions with atoms of the medium induce relaxation within the hyperfine structure, a process which tends to reduce the population asymmetry between two hyperfine states. The spectroscopy technique, which resolves the hyperfine structure using microwave in between two depopulating laser pulses, has a precision depending on the length of the microwave pulse. The longer the time window, the higher the precision. However, this time window is limited by the time the population asymmetry between two hyperfine levels is negated through the collisional relaxation effect.<br />Measurements were taken at the AD at CERN by the ASACUSA collaboration, of which the Stefan Meyer Institute is part, during the summer 2006, using the laser-microwave-laser spectroscopy method on the (n, l) = (37, 35) state, where n stands for the principal quantum number and l the total angular momentum of ¯p4He. From these data we deduced an order of magnitude for the relaxation rate using three different sets of data :<br />measurements with the two lasers where the microwave is excluded (AA), measurements with the two lasers and with microwave (MW on-off) and an extra set of measurements similar to the first one where the microwave is turned off (MW off).<br />We evaluated as well, the impact of the collisions on the broadening and the shift of the electric dipole transition (E1) between the metastable (n, l) = (37, 35) state and the Auger dominated (38,34) state.<br />
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Antiprotonische Heliumatome bieten einzigartige Möglichkeiten um die Eigenschaften eines umkreisenden pbar in einem metastabilen Zustand zu untersuchen. Präzisionspektroskopie ermöglicht die Energiezustände dieser exotischen Atome zu messen und derren Ergebnisse stellen einen Test der CPT Symmetrie dar.<br />Die Kollisionen mit Atomen des Mediums führen zur Relaxation innerhalb der Hyperfeinstruktur.<br />Dieser Prozess tendiert dazu, die Asymmetrie in der Besetzung zweier Hyperfeinzustände zu verringern. Die Genauigkeit der spektroskopischen Technik, die die Hyperfeinstruktur mit Hilfe von Mikrowellen zwischen zwei besetzungsreduzierenden Laserpulsen auflöst, hängt von der Länge des Mikrowellenpulses ab. Je länger die Zeitdauer, desto höher die erreichte Genauigkeit. Dennoch ist diese Zeitdauer begrenzt, und zwar durch jene Zeit, bei der die Asymmetrie in der Besetzung zweier Hyperfeinzustände durch Stoß- Relaxationsprozesse zunichte gemacht wird.<br />Die Messungen wurden im Sommer 2006 am AD am CERN durch die ASACUSA Kollaboration, der das Stefan Meyer Institut angehört, ausgeführt und basierten auf einer Laser-Mikrowellen-Laser Spektroskopie des (n, l) = (37, 35) Zustandes, wobei n für die Hauptquantenzahl und l für den totalen Drehimpuls von pbar4He steht.<br />Ausgehend von diesen Daten konnten wir die Größenordnung der Relaxationsrate durch drei unabhängige Datengruppen bestimmen: durch Messungen mit zwei Lasern in Abwesenheit von Mikrowellen (AA), durch Messungen mit zwei Lasern und Mikrowellen (MW on-off) und schließlich durch eine zusätzliche Datenreihe ähnlich der ersten mit ausgeschalteter Mikrowelle (MWoff).<br />Zusätzlich bestimmten wir die Auswirkungen der Kollisionen auf die Verbreiterung und die Verschiebung des elektrischen Dipolübergangs (E1) zwischen dem metastabilen Zustand (n,l)=(37,35) und dem Auger-dominierten (38,34) Zustand.