Experiment A1 – Elektronen-Streuung

In der A1-Kollaboration sind die Experimente zur Elektronenstreuung an MAMI zusammengefasst. Diese Experimente zielen insbesondere drauf ab, die räumliche Struktur von Atomkernen oder Kernbausteinen zu untersuchen. Hierfür wird eine Probe mit dem vom Mainzer Mikrotron erzeugten Elektronenstrahl beschossen, und sowohl die an der Probe gestreuten Elektronen, als auch gegebenenfalls neu erzeugte Teilchen werden mit Hilfe von magnetischen Spektrometern nachgewiesen.

Die magnetischen Spektrometer funktionieren hierbei ähnlich wie Elektronenmikroskope, allerdings in einem viel größeren Maßstab: Die Spektrometer der A1-Kollaboration sind ca. 15m groß und jedes wiegt mehr als 200 Tonnen. Mit diesen Geräten lassen sich Impulse mit einer Auflösung von besser als 0,01% bestimmen, die Laufzeit der Teilchen wird mit einer Genauigkeit von 0,000 000 000 5 s bestimmt, wodurch Energie und Richtung aller beteiligten Teilchen einer Kernreaktion äußerst präzise vermessen werden kann.

Die Quantenmechanik lehrt uns, dass im Maßstab der Atomkerne und Kernbausteine ein Elektronenstrahl als Welle aufzufassen ist. Ähnlich, wie man aus der Reflexion einer Wasserwelle an einem makroskopischen Objekt auf Form und Größe dieses Objekts schließen kann, können wir aus dem Intensitätsmuster der reflektierten Elektronen auf die räumliche Struktur der untersuchten Objekte schließen.

Ausstattung und Forschungsfragen

Die Basis der Spektrometeranlage bilden drei hochauflösende magnetische Spektrometer mit einer Impulsauflösung von besser als δp/p<10-4 und einem abgedeckten Raumwinkel von bis zu ΔΩ=28 msr. Die Spektrometer sind um ein gemeinsames Drehzentrum beweglich montiert, in dem sich Targets aus Festkörpern, gekühlten Gasen oder verflüssigten Gasen (z.B. LH2, LD2) platzieren lassen. Insgesamt werden Strahlströme von bis zu 100 μA verwendet, in der Regel werden Luminositäten bis zu 10 MHz/μbarn erreicht.

Zusätzlich zu den Spektrometern werden für einzelne Experiment zum Teil weitere Detektorsysteme verwendet. Für den Nachweis von Pionen bei niedrigen Energien steht ein Short-Orbit-Spektrometer zur Verfügung, für den Nachweis von Neutronen existieren großflächige Flugzeitwände sowie stark abgeschirmte, segmentierte Szintillator-Detektoren.

Sowohl der Strahl, als auch einige Targets können spinpolarisiert werden. Zusammen mit einem Polarimeter zur Messung der Rückstoßpolarisation in einem der Spektrometer können mit dieser Anlage Polarisationsobservablen bis zur Dreifachpolarisation vermessen werden.

Einen Schwerpunkt unserer Forschung bilden Experimente zur Hadronenstruktur. Hierzu zählen insbesondere die Messung von Formfaktoren der Nukleonen, aber auch Messungen von Polarisierbarkeiten der Nukleonen und Untersuchungen der Wenig-Körperstruktur von leichten Kernen. Darüber hinaus bilden Experimente zur Mesonenproduktion, in unserem Energiebereich hauptsächlich Pionen und Eta-Mesonen, einen Zugang zur Untersuchung von Nukleonresonanzen und zu Tests der chiralen Störungstheorie.

Seit der Inbetriebnahme der letzten Beschleunigerstufe im Jahr 2007 sind in der Spektrometeranlage auch Reaktionen mit Erzeugung von Teilchen mit s-Quark-Inhalt (Hyperonen, Kaonen) möglich. Zur Untersuchung dieser Reaktionen wurde ein neues Spektrometer installiert, das sehr hohe Impulse bei kurzer Fluglänge vermessen kann. Die kurze Fluglänge ist entscheidend, um Kaonen kurzer Lebensdauer noch mit ausreichender Effizienz vermessen zu können. Mit diesem Spektrometer werden Experimente zur assoziierten Produktion, also γ*+p → Λ + K+ und γ*+p → Σ + K, und zur Spektroskopie von Hyperkernen durchgeführt.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage der A1-Kollaboration

Mitglieder

Dr. Patrick Achenbach, Carlos Ayerbe Gayoso, Jan Bernauer, Dr. Ralph Böhm, Michael Bösz, Prof. Achim Denig, Dr. Michael O. Distler, Anselm Esser, Prof. J. Friedrich, Mar Gómez, Konrad Grießinger, Prof. Frank E. Maas, Dr. Harald Merkel, Dr. Ulrich Müller, Prof. Reiner Neuhausen, Prof. Josef Pochodzalla, Salvador Sánchez Majos, Prof. Takehiko Saito, Björn Sören Schlimme, Prof. Thomas Walcher, Markus Weinriefer, Dr. Yoon Choong-Jae

Partner*
  • University of Ljubljana and Institut "Jožef Stefan", Ljubljana, Slovenia
  • Department of Physics University of Zagreb, Croatia
  • LPC de Clermont-Ferrand, IN2P3-CNRS, Université Blaise Pascal, 63177 Aubiere, France
  • Physikalisches Institut, Universität Tübingen, Germany
  • Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Germany
  • Department of Physics, Laboratory for Nuclear Science and Bates Linear Accelerator Center, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA
  • Institute of Accelerating Systems and Applications and Department of Physics, University of Athens, Greece
  • Radiation Laboratory, RIKEN, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan
  • Department of Subatomic and Radiation Physics, University of Gent, Belgium
  • CEA DAPNIA-SPhN, C.E. Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
  • Physik-Department, Technische Universität München, Germany
  • Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica, Università degli Studi di Pavia, and INFN, Sezione di Pavia, Italy
  • Department of Physics and Astronomy, University of Kentucky, Lexington, Kentucky 40206, USA

* gemeinsame Veröffentlichungen 2008