Investigation of electron capture in swift C4+ (1s2s 3S) collisions with gas targets using a zero-degree Auger projectile spectroscopy apparatus built with the L45 beam line at the ‘Demokritos’ 5.5MV tandem accelerator
Authors: Μαδέσης Ιωάννης 
Published: March 2021

Η παρούσα διατριβή εστιάζει ως επί το πλείστον στην μελέτη της παρακάτω διεργασίας κρούσης: C4+(1s2s 3S) + T->C3+ (1s2s2p 4P, 2P±) + T+, κατά την οποία μια υψηλά φορτισμένη δέσμη ηλιοειδών ιόντων C4+ στη μακρόβια, μετασταθή κατάσταση 1s2s 3S συγκρούεται με αέριους στόχους (He, H2). Κατά τη κρούση αυτή, ένα ηλεκτρόνιο από τον στόχο δεσμεύεται στο 2p τροχιακο του ιόντος άνθρακα (ένας μηχανισμός γνωστός ως σύλληψη/ηλεκτρονίου), οδηγώντας στην παραγωγή των διπλά διεγερμένων λιθιοειδών καταστάσεων 1s2s2p 4P (quartet), 1s2s2p 2P- (εν συντομία 2P- ) και 1s2s2p 2P+ (εν συντομία 2P+), (doublet), μεταξύ άλλων που θα συζητηθούν μετέπειτα στο κείμενο. Αυτή η διεργασία κρούσης μπορεί εύκολα να διερευνηθεί πειραματικά, καθώς ο αρχικός 1s2s 3S, ιοντικός σχηματισμός είναι μετασταθής και ως εκ τούτου, συνυπάρχει σε διάφορες αναλογίες με τα 1s2 ιόντα στη θεμελιώδη κατάσταση κατά τη παραγωγή της δέσμης από τον επιταχυντή.Το βασικό ενδιαφέρον στη παραπάνω διεργασία έγκειται στο ερώτημα του αν οι καταστάσεις 4P και 2P± με παρόμοια 1s2s2p ηλεκτρονιακή διάταξη εποικίζονται κατά την 2p σύλληψη σύμφωνα με τη στατιστική των σπιν, δηλαδή κατά τον λόγο R των εκφυλισμών των spin για την quartet προς τις doublets. Η έννοια της εποίκισης σύμφωνα με τη στατιστική των σπιν είναι βασικού ενδιαφέροντος, καθώς οι περισσότεροι μηχανισμοί κατά τη διάρκεια ατομικών κρούσεων θεωρείται ότι ακολουθούν αυτή τη στατιστική. Πιο συγκεκριμένα, έχει βρεθεί ότι στη παραπάνω διεργασία δεν ακολουθεί αυτή τη στατιστική, όπως πρωτοπαρουσιάστηκε το 2004 για ηλιοειδή ιόντα φθορίου (F7+) οδηγώντας σε αμφιλεγόμενα συμπεράσματα. Σε αυτή τη διατριβή, οι διαφορικές ενεργείς διατομές Δσ/ΔΩ προσδιορίζονται για κάθε ένα από τα παραγώμενα 1s2s2p επίπεδα, χρησιμοποιώντας την υψηλής διακριτικής ικανότητας φασματογραφία Auger ηλεκτρονίων ιόντων δέσμης γνωστή ως ZAPS, όπου το παραγόμενο Auger ηλεκτρόνιο eA μετράται στις 0 μοίρες σε σχέση με τη κατεύθυνση της δέσμης. Προς αυτό το σκοπό, μια νέα πειραματική γραμμή L45, μαζί με μια μοναδική, υπερσύγχρονη πειραματική εγκατάσταση δημιουργήθηκε από το μηδέν, στον μοναδικό ερευνητικό επιταχυντή βαρέων ιόντων στην Ελλάδα, τον 5.5 MV tandem Van ded Graaff επιταχυντή (για συντομία tandem), που λειτουργεί από το 1972 στο Ινστιτούτο Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής του Εθνικού Κέντρου Έρευνας Φυσικών Επιστημών "ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ", στην Αθήνα. Επιπλέον, αυτή η νέα πρωτοβουλία ατομικής φυσικής περιλαμβάνει ουσιώδεις αλλαγές στο υπάρχον υλικό και τρόπο λειτουργίας του επιταχυντή tandem, που χρησιμοποιείται κυρίως για πειράματα πυρηνικής φυσικής με τη πλειονότητα των πειραμάτων να αφορά τη χρήση δεσμών πρωτονίων. Τα πειραματικά αποτελέσματα, με τη χρήση της μεθόδου ZAPS, όσων αφορά τους σχετικούς πληθυσμούς των quartet και doublet καταστάσεων, είναι σε συμφωνία με παλιότερες, διορθωμένες μετρήσεις. Ταυτόχρονα, έγιναν υπολογισμοί από πρώτες αρχές από την ομάδα θεωρητικών του καθ. Alain Dubois - UPMC-Sorbone και CNRS Paris, οι οποίοι περιλαμβάνουν για πρώτη φορά 3 ενεργά ηλεκτρόνια. Αυτά τα παρουσιασμένα αποτελέσματα, επιλύουν την προϋπάρχουσα διαφωνία μεταξύ θεωρίας και πειράματος και εφιστούν την προσοχή στην περιορισμένη προγνωστική ισχύ της frozen core προσέγγισης όσον αφορά την σπιν στατιστική σε ιδιαιτέρως συσχετισμένα δυναμικά ατομικά συστήματα.