Das ANKE Experiment

Das ANKE-Experiment (Apparatus for Studies of Nucleon and Kaon Ejectiles) ist ein internes Magnetspektrometer am COSY-Ringbeschleuniger (COoler SYnchrotron) des Forschungszentrums in Jülich. Die bei Streuprozessen von Beschleunigerstrahl und Target entstehenden geladenen Ejektile werden von dem D2-Dipolmagneten nach Impuls und Ladung separiert. Der Nachweis dieser Teilchen erfolgt über ein Detektorsystem, das aus Vieldrahtproportionalkammern, Szintillatorhodoskopen, Cerenkov-Zählern und Halbleiterdetektoren besteht.

Ankeschema
© AG Khoukaz
Ankeoben
© AG Khoukaz

Ein sehr intensiv an ANKE untersuchtes Thema ist die Produktion von Mesonen, also Zuständen aus Quarks und Anti-Quarks.

Unsere Gruppe untersucht gegenwärtig die Reaktionen:

d + p -> ³He + η     p + n -> d + η       p + n -> d + π+ + π-

Trägt man zum Beispiel den Transversal- gegen den Longitudialimpuls der nachgewiesenen ³He-Ejektile im Schwerpunktsystem auf, so lässt sich z.B. die erste Reaktion leicht identifizieren, wie in der unteren Abbildung ersichtlich ist.

Impulsellipse
© AG Khoukaz


Reaktionskanal: d + p => 3He + η

Mit Hilfe dieses Reaktionskanals lässt sich die Wechselwirkung zwischen η-Mesonen und ³He-Kernen untersuchen. Bisherige Analysen unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass sowohl der totale als auch der differentielle Wirkungsquerschnitt von besonderem Interesse sind, weil diese nahe der Produktionschwelle stark von einem reinen Phasenraumverhalten abweichen.

Anketotalcross
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Die deutliche Überhöhung des Wirkungsquerschnittes bei niedrigen Überschussenergien weist auf eine starke Endzustandswechselwirkung hin und ist ein Indiz für einen quasi gebundenen Zustand des ³Heη-Systems.

Ankeasymmetrie
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Darüberhinaus zeigen Analysen der differentiellen Wirkungsquerschnitte eine deutliche inkelasymmetrie ALPHA, die auf eine rapide Veränderung der relativen Phase der beteiligten Partialwellen schließen lässt. All diese Effekte sind Indikatoren für eine unerwartet starke Endzustandswechselwirkung zwischen η-Mesonen und ³He-Kernen und somit auch auf einen quasi gebundenen Zustand des ³Heη-Systems.











Reaktionskanal: p + n -> d + η

Zusätzlich zur Messung der Wechselwirkung zwischen ³He-Kernen und η-Mesonen wird auch die Entstehung von η-Mesonen in Proton-Neutron-Kollisionen am ANKE-Experiment untersucht. Dieser Reaktionskanal erlaubt es, die Interaktion von η-Mesonen und Deuteronen zu untersuchen, was von großem Interesse bei der Erforschung η-mesischer Kerne ist. Außerdem können daraus Rückschlüsse auf die Wechselwirkung zwischen dem η-Meson und Nukleonen gezogen werden.

Ankespectator
© AG Khoukaz

An ANKE wurde diese Reaktion unter Ausnutzung der sogenannten Spectatorkinematik erforscht. Hierbei stößt ein Protonstrahl mit dem Neutron im Targetdeuteron. Das verbleibende Proton wird als Spectatorteilchen betrachtet und seine kinetische Energie, die ein Maß für den Fermi-Impuls zum Zeitpunkt der Interaktion darstellt, kann mit einem speziellen Detektor gemessen werden. Aufgrund der (bekannten) Verteilung des Fermi-Impulses erlaubt dies die Messung der Wirkungsquerschnitte über einen großen Bereich der Überschussenergie mit einer einzigen Strahlenergie.

Reaktionskanal: p + n => d + π+ + π-

Abgesehen von Messungen mit η-Mesonen liefern auch Reaktionen, in denen Pionen beteiligt sind, vielfältige Erkenntnisse. So werden bei Nukleon-Nukleon-Streuprozessen, in denen zwei Pionen produziert werden, unter bestimmten Umständen deutliche Abweichungen vom nach Phasenraumrechnungen erwarteten Verhalten beobachtet. Dies äußert sich am deutlichsten in der Verteilung der invarianten Massen des ππ-Systems. Wie im unten dargestellten Bild für die Reaktion d + p -> 3He + π+ + π- zu erkennen ist, zeigt sich für geringe invariante Massen, die gleichbedeutend mit einem geringen Relativimpuls der Teilchen sind, ein deutlicher Überschuss gegenüber der nach rein kinematischen Gesichtspunkten erwarteten Verteilung.

Ankebild5

Dieses Phänomen wurde bereits vor ca. fünfzig Jahren erstmals beobachtet und ist in Anlehnung an die Namen seiner Entdecker, A. Abashian, N.E. Booth und K.M. Crowe, als ABC-Effekt bekannt. Seine Ursache wird mit der Anregung von Nukleonresonanzen in Verbindung gebracht, bislang ist aber nicht vollständig geklärt, welche Resonanzen beteiligt sind und wie der Prozess genau abläuft.

Die mit den Detektorsystem ANKE gewonnenen Daten können aufgrund der guten Impulsauflösung der gemessenen Ejektile einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des ABC-Effekts und der zugrundeliegenden Physik liefern.


Weitere Informationen finden sie auf der offiziellen ANKE-Experiment Internetseite.