First test of a polarized $^3$He$^+$ ion source

Abstract

Polarized $^3$He ions have promising applications in nuclear physics as an ideal substitute for polarized neutron beams, and in fusion research as fuel for polarized nuclear fusion. However, current methods are limited in achievable intensity or polarization and require complex sources. Our new approach promises to overcome these limitations with an intense polarized $^3$He beam with a polarization up to 𝑃 ∼ 0.9. The method is theoretically well understood and uses single radio wave pulses to induce transitions within the hyperfine structure in the Zeeman region of $^3$He$^+$. In this way, the three substates of the 𝐹 = 1 triplet can be pumped into a single one, leading to a nuclear polarization. Experimentally, the achievable polarization is planned to be measured after acceleration of the $^3$He ions with the cyclotron JULIC using the known analyzing powers of the elastic scattering on protons in the 10–100 MeV energy range.

Authors 11

1. Nicolas Faatz Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

   RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

   Affiliation as printed

   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

   𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

   𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

   𝑔 Central Institute of Engineering, Electronics and Analytics 1, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

2. Jan Wirtz Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

   RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

   𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

   𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

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3. R. Engels Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

   RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

   𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

   𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

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4. M. Büscher Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

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   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

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   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

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5. O. Felden Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

   RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

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   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

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6. R. Gebel Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

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   𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

   𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

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7. K. Grigoryev Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

   RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

   𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

   𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

   𝑔 Central Institute of Engineering, Electronics and Analytics 1, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

8. A. Lehrach Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

   RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

   𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

   𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

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9. Chrysovalantis S. Kannis Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

   RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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   𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

   𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

   𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

   𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

   𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

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10. Simon Pütz Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

    RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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    𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

    𝑏 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany

    𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

    𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

    𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

    𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

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11. Helmut Soltner Aachen 𝑐 III. Physikalisches Institut B

    RWTH Aachen University · Forschungszentrum Jülich · University of Cologne · Heinrich Heine University Düsseldorf · GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research

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    𝑎 Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

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    𝑐 III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany

    𝑑 Peter Grünberg Institut 6, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany

    𝑒 Institut für Laser-und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, Germany

    𝑓 Institut für Kernphysik, Universität zu Köln, Zülpicher Straße 77, 50937 Köln, Germany

    𝑔 Central Institute of Engineering, Electronics and Analytics 1, Forschungszentrum Jülich, Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany