Entdeckung neuer Energieniveaus in atomaren Hyperfeinstrukturen

Seit den späten 1960er Jahren hat das Laboratoire Aimé Cotton (LAC) in Orsay, Frankreich, bedeutende Fortschritte bei der Klassifizierung komplexer Atomspektren erzielt. Diese Fortschritte wurden sowohl durch die Entwicklung der Fourier-Transformationsspektroskopie als auch durch neuartige theoretische Interpretationen von Atomspektren vorangetrieben.

In der Forschung veröffentlicht In Das European Physical Journal DSophie Kröger von der Universität für Technik und Wirtschaft Berlin führte eine detaillierte Analyse des Infrarotspektrums (IR) von Protactinium durch und entdeckte 20 neue Energieniveaus, die mit den bisherigen Methoden des LAC nicht nachweisbar waren. Die Studie zeigt wichtige Fortschritte bei der Präzision von Atomspektrummessungen, die bald tiefere Einblicke in atomare Strukturen und Wechselwirkungen ermöglichen könnten.

IR-Spektren zeigen die Wellenlängen, die von Atomproben absorbiert werden, wenn sie mit Infrarotlicht interagieren. Diese Spektren können detaillierte Informationen über Hyperfeinstrukturen liefern: winzige Schwankungen in den Atomenergieniveaus, die aus komplexen elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen Atomkernen und umgebenden Wolken umlaufender Elektronen resultieren und sich als deutliche Spitzen in den IR-Spektren manifestieren.

In ihrer Studie konzentrierte sich Kröger auf das IR-Spektrum von Protactinium, das eine besonders komplexe Hyperfeinaufspaltung aufweist. Um die Genauigkeit früherer LAC-Messungen zu verbessern, verwendete sie einen fortgeschrittenen mathematischen Ansatz der Fourier-Transformationsspektroskopie. Diese Technik wandelt Variationen des IR-Signals in ein Spektrum um, das zeigt, wie das Signal bei unterschiedlichen Frequenzen variiert, und ermöglicht so eine hochpräzise Analyse der Spektrallinien.

Durch den Vergleich der experimentellen Daten der Hyperfein-Spitzenwellenlängen mit theoretischen Modellen konnte Kröger 20 neue Energieniveaus in der Hyperfeinstruktur von Protactinium identifizieren. Durch die Weiterentwicklung dieses Ansatzes hofft sie nun, in zukünftigen Studien noch subtilere Energieniveaus zu entdecken. Insgesamt unterstreicht die Forschung die bedeutenden Fortschritte in der Atomspektroskopie und könnte den Weg für faszinierende neue Entdeckungen in der Atom- und Molekülphysik ebnen.