Aktuelle Meldungen

Neue Methode zur Erzeugung eines extrem schweren Wasserstoffisotops am Mainzer Teilchenbeschleuniger MAMI

Erzeugung und Vermessung des extrem neutronenreichen Wasserstoffisotops ⁶H gelingt erstmals an einem Elektronenstreuexperiment / Ergebnis weist auf unerwartet starke Wechselwirkung zwischen Neutronen innerhalb des Kerns hin

30.04.2025

Der A1-Kollaboration am Institut für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist es zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus China und Japan erstmals gelungen, in einem Elektronenstreuexperiment eines der neutronenreichsten Isotope, Wasserstoff-6, zu erzeugen. Das Experiment an der Spektrometeranlage am Teilchenbeschleuniger Mainzer Mikrotron (MAMI) präsentiert eine neue Methode zur Untersuchung leichter neutronenreicher Kerne und stellt bisherige Auffassungen über Vielnukleon-Wechselwirkungen infrage. „Diese Messung konnte nur dank der einzigartigen Kombination aus der exzellenten Qualität des MAMI-Elektronenstrahls und den drei hochauflösenden Spektrometern der A1-Kollaboration durchgeführt werden“, kommentiert Prof. Dr. Josef Pochodzalla aus dem Institut für Kernphysik. Am Experiment beteiligt waren Forschende der Fudan University in Shanghai (China) sowie der Tohoku University Sendai und der University of Tokyo (beide Japan). Die experimentelle Arbeit wurde von dem Doktoranden Tianhao Shao geleitet und in dem renommierten Fachmagazin Physical Review Letters veröffentlicht.

Dissertation am Institut für Kernphysik im Rahmen des MAGIX-Experiments am MESA-Beschleuniger

Wir gratulieren Dr. Sebastian Stengel herzlich zur erfolgreich abgeschlossenen Dissertation mit dem Titel „Design and Development of the MAGIX Trigger Veto System“

In seiner Dissertation entwickelte, realisierte und testete Sebastian Stengel ein zentrales Detektorsystem für das MAGIX-Experiment am neuen Elektronenbeschleuniger MESA in Mainz.

Das vielseitige MAGIX-Experiment ist ausgelegt für hochpräzise Untersuchungen in der Kern- und Hadronenphysik, eröffnet aber etwa auch die Möglichkeit zur Suche nach sogenannten dunklen Photonen – hypothetischen Teilchen, die in engem Zusammenhang mit Theorien zur dunklen Materie stehen. Der Nachweis gestreuter Teilchen erfolgt dabei im Wesentlichen über zwei hochauflösende Magnetspektrometer.

Im Mittelpunkt der Arbeit stand das sogenannte Trigger-Veto-System dieser Spektrometer. Es liefert eine schnelle und zuverlässige Triggerentscheidung für die Datennahme, erfasst Zeit-Koinzidenzen und stellt entscheidende Informationen zur Teilchenidentifikation bereit. Darüber hinaus dient es als Zeitreferenz für die Auslese der Spektrometer-Spurdetektoren.

Das System besteht aus einer segmentierten Triggerebene aus Plastikszintillatoren, die mit Photomultipliern ausgelesen wird, sowie einem flexiblen Vetosystem aus zusätzlichen Szintillatorschichten mit Silizium-Photomultipliern und Bleischichten zur Unterdrückung von Untergrundsignalen. Die Auslese erfolgt über eine schnelle, ratenfeste FPGA-basierte Elektronik.

Im Verlauf der Arbeit wurden sämtliche Komponenten des Systems entworfen, ausgewählt, getestet und systematisch optimiert - einschließlich der mechanischen Konstruktion für die Integration in die Spektrometer. Dabei kamen sowohl umfangreiche Simulationen mit Geant4 als auch umfassende Systemtests unter realistischen experimentellen Bedingungen zum Einsatz.
Bei einer Strahlzeit am MAMI-Beschleuniger erzielte das Triggersystem eine bemerkenswerte Nachweiseffizienz von 99,93%, eine Zeitauflösung von rund 180 ps (FWHM) sowie eine Ortsauflösung von etwa 25 mm - und übertraf damit die ursprünglich gesetzten Anforderungen deutlich. Dieses System ist nun vollständig einsatzbereit für den bevorstehenden Betrieb bei MAGIX.

Die Dissertation entstand im Rahmen der MAGIX-Kollaboration unter der Betreuung von Univ.-Prof. Achim Denig und dokumentiert eindrucksvoll den Beitrag von Sebastian Stengel zur Vorbereitung eines der zentralen Experimente am MESA-Beschleuniger.

Diese Arbeit ist ein herausragendes Beispiel für eine umfassende moderne experimentelle Detektorentwicklung – von der Konzeptphase bis zur erfolgreichen Umsetzung eines komplexen und leistungsfähigen Detektorsystems.

Johannes Gutenberg-Universität Mainz erhält weitere Förderung zur Beteiligung am Mu3e-Experiment

Forschende des Mainzer Exzellenzclusters PRISMA+ sind an internationalem Großprojekt zur Suche nach "neuer Physik" beteiligt

15.04.2025

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat ihre Förderung des Mu3e-Experiments um weitere vier Jahre verlängert. Das Projekt, an dem Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), der Universität Heidelberg und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) beteiligt sind, wird damit ab dem 1. Mai 2025 mit 5,6 Millionen Euro gefördert. Die Verlängerung der DFG-Forschungsgruppe 5199 ermöglicht den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die Suche nach der Verletzung der Lepton-Familienzahl fortzusetzen.

Das Mu3e-Experiment, das am Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen in der Schweiz durchgeführt wird, ist ein internationales Vorhaben, an dem auch Forschende aus der Schweiz und Großbritannien beteiligt sind. Ziel des Projekts ist es, einen sogenannten Lepton-Flavor-verletzenden Zerfall eines positiven Muons zu beobachten, bei dem das Muon in zwei Positronen und ein Elektron zerfällt. Da dieser Zerfall im Standardmodell der Teilchenphysik nicht vorgesehen ist, wäre die Beobachtung dieses Prozesses ein deutliches Indiz für neue Physik.

Dissertation am Institut für Kernphysik zum Thema Entwicklung der Potentiale zweiter Ordnung für Pion-Kern-Reaktionen

Wir gratulieren Dr. Viacheslav Tsaran nachträglich zur abgeschlossenen Dissertation mit dem Titel

Unified approach to nuclear pion scattering and photoproduction

Ein vielversprechender Weg, um zu untersuchen, wie Protonen und Neutronen im Inneren von Atomkernen angeordnet sind, ist die Erzeugung neutraler Pionen durch Photonenwechselwirkungen mit den Kernen. Die genaue Modellierung dieser Wechselwirkungen war jedoch bisher eine Herausforderung. Diese Forschungsarbeit entwickelt einen neuen theoretischen Rahmen für die Pionenproduktion im Bereich niedrigen Energien, der die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pionen und Kernen berücksichtigt.

21 Tonnen schwerer Magnet in neuen Teilchenbeschleuniger MESA eingebaut

Supraleitende Kernkomponente für internationales P2-Experiment in unterirdischer Halle in zehn Metern Tiefe installiert

25.11.2024

Eines der Leuchtturmprojekte des Exzellenzclusters PRISMA⁺ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist der Bau des neuen, energierückgewinnenden Teilchenbeschleunigers MESA (Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator), der zukünftig Experimente mit bisher unerreichter Präzision ermöglichen wird. Eines der Hauptexperimente an MESA, P2, wird durch die Messung des sogenannten schwachen Mischungswinkels eine Schlüsselrolle bei der Erforschung der "neuen Physik" – Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik– spielen. Die zentrale Komponente des P2-Experiments, eine supraleitende Magnetspule mit einem Durchmesser von vier Metern und einem Gewicht von 21 Tonnen, ist jetzt auf dem Campus der JGU angeliefert und in den MESA-Teilchenbeschleuniger eingebaut worden. Der Magnet wurde in Vannes, Frankreich, hergestellt und am vergangenen Donnerstag nach Mainz geliefert. "Wir haben fast fünf Jahre lang mit der Firma SigmaPhi zusammengearbeitet, um die Herausforderungen zu meistern und das hochmoderne Design für unser Experiment zu realisieren", sagt Prof. Dr. Frank Maas, Sprecher des P2-Experiments, das zurzeit von einer Kollaboration aus Physikerinnen und Physikern aus Deutschland, Frankreich, Kanada und den USA aufgebaut wird. "Ein solcher Solenoidmagnet wird zum ersten Mal für Experimente dieser Art eingesetzt. Sein großer Durchmesser ermöglicht es, besonders hohe Teilchenraten aufzunehmen. Die Größe des Magneten hat aber auch eine besondere Herausforderung in der Konstruktion und Produktion dargestellt."