Kurzfassung
Kohärente Effekte, wie Quantenschwebungen und Beschleunigung des Zerfalls,
modifizieren den exponentiellen Zerfall eines angeregten Systems. Die Effekte
können sowohl für elektronische als auch für nukleare Übergänge beobachtet
werden. Vom Prinzip der Kohärenz ist das Prinzip der Elastizität des Übergang
zu unterscheiden. Kohärenz und Elastizität bedingen sich nicht; allerdings
ist die Beobachtung kohärenter Effekte an quasi-elastischen Übergängen
erleichtert. Die Anregung nuklearer Zustände durch Synchrotronstrahlung
ermöglicht die Messung der modifizierten Zerfälle. Die Methode konnte im
Rahmen dieser Arbeit auf den 21,5415 keV-Übergang des Mößbauerisotops 151Eu
angewandt werden. Die diskutierten kohärenten Effekte wurden beobachtet.
Die Auswertung der gemessenen Zeitspektren erfolgte auf Basis der dynamischen
Theorie der nuklearen Vorwärtsstreuung.
Inhaltsangabe:
Die zeitdifferentielle Beobachtung nuklearer Zerfälle nach Anregung durch Synchrotronstrahlung hat in den letzten Jahren immer größere Beachtung gefunden. Die dabei auftretenden Effekte der Quantenschwebungen und der Beschleunigung des Zerfalls, die den exponentiellen Zerfall stark modifizieren, lassen sich aus den Kohärenzeigenschaften der betrachteten Systeme erklären. In der vorliegenden Arbeit wird dieser Zusammenhang erläutert. Dabei ergibt sich, daß die beobachteten Effekte allein aus dem Prinzip der Ununterscheidbarkeit ableitbar sind. Damit lassen sich die unterschiedlichen Beschreibungsweisen, die bei der Erklärung der genannten Effekte in der optischen bzw. (-Spektroskopie Verwendung finden, vereinheitlichen und die enge Verwandtschaft der Kohärenzbegriffe in diesen verschiedenen Energiebereichen zeigen. Vom Prinzip der Kohärenz ist das Prinzip der Elastizität zu unterscheiden. Energieübertragende Prozesse, seien sie mit Energieaufnahme oder -abgabe durch das streuende System verbunden, haben prinzipiell keinen eindeutigen Einfluß auf das Kohärenzverhalten einer Streuung. Meßtechnisch kann die Beobachtung kohärenter Effekte an quasi-elastischen Übergängen (z.B. durch Raumwinkeleffekte) erleichtert sein; physikalisch aber bedingen sich Kohärenz und Elastizität nicht. Ein Ziel dieser Arbeit ist es, diese Begriffe in ihrer Verschiedenheit näher zu beleuchten. Speziell bei der Beschreibung nuklearer Streuexperimente am Synchrotron hat sich die dynamische Theorie der Vorwärtsstreuung als sehr fruchtbar erwiesen. Diese Theorie wird in einem weiteren Kapitel des Textes in ihrer quantenelektrodynamischen Formulierung entwickelt und in der für das Verständnis der vorgestellten Messungen notwendigen Form dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Materialeigenschaften und Parametern der kohärenten Modifikation (z.B. der Schwebungsfrequenz) wird exakt formuliert. Der für die Beobachtung der 21,5 keV-Resonanz des Mößbauerisotops 151Eu an Synchrotronstrahlungsquellen notwendige hochauflösende Monochromator wird zusammen mit den wesentlichen Aspekten der Theorie dargestellt. Ein weiterer Abschnitt zum experimentellen Aufbau befaßt sich mit der Messung einzelner Photonen und in diesem Zusammenhang besonders mit den statistischen Aspekten des Nachweises. Im letzten Teil der Arbeit werden die ersten Messungen, die am Zerfall der Europiumresonanz nach Anregung durch Synchrotronstrahlung gemacht wurden, vorgestellt. Die Messungen zeigen die diskutierten kohärenten Effekte. Die gemessenen Spektren können im Rahmen der dynamischen Theorie der nuklearen Vorwärtsstreuung verstanden werden. Es wird angedeutet, wie mit Hilfe dieser neuen Methode typische Fragestellungen der Europiumspektroskopie exakter, eindeutiger oder schneller bearbeitet werden können. Eine Darstellung der genauen Bestimmung der Resonanzenergie nach einer Methode von Bond schließt sich an. Abschließend werden Beispiele für mögliche zukünftige Messungen angegeben. Besonderes Augenmerk gilt dabei einer grundlegenden quantenphysikalischen Fragestellung, dem Verhältnis von Kohärenz und Elastizität, welches in einer Vielzahl derzeit möglicher oder sogar schon durchgeführter Experimente tiefer ergründet werden kann.
Coherent effects like quantum beats and speed up of the decay modify the exponential decay of an excited system. The effects can be observed for electronic and nuclear transitions. The principle of coherence has to be distinguished from the principle of elasticity of the transition. Elasticity and coherence do not imply; however, the observation of coherent effects is facilitated in quasi-elastic transition. The excitation of nuclear states by synchrotron radiation allows the measurement of the modified decay. The method could be applied to the 21,5415 keV transition of the Mößbauer isotope 151Eu in the framework of this thesis. The discussed coherent effects were observed. The evaluation of the measured time spectra was made on the basis of the dynamic theory of nuclear forward scattering.