MAGIX Experiment

Der zukünftigen Elektronenbeschleuniger MESA (Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wird Untersuchungen zur Überprüfung des Standardmodells der Teilchenphysik aufnehmen. Dabei steht die Suche nach Dunklen Photonen, die als Kandidaten für die Dunkle Materie gelten, neben den Präzisionsmessungen von Naturkonstanten, wie z.B. des Protonenradius oder des elektroschwachen Mischungswinkels (Weinbergwinkel) im Fokus. Im Jahr 2017 sollen erste Komponenten des Beschleunigers MESA in Betrieb gehen und bis 2020 soll die Anlage komplett betriebsfähig sein.

Das MAGIX-Experiment (MESA Gas Internal target eXperiment) wird sich in dem energierückgewinnenden Arm des Beschleunigers befinden. An dieser Stelle können Energien von bis zu 105 MeV bei einem Strahlstrom von 1 mA erreicht werden. Bei MAGIX handelt es sich um ein Fixed-Target Experiment mit hoher Luminosität (1035 cm-2 s-1), welches ein Gas-Jet als Target und ein Vielzweckspektrometer als Detektor verwendet. In der folgenden Abbildung ist dargestellt, wie der waagerechte Elektronenstrahl auf den senkrechten Gas-Jet treffen wird und so den Wechselwirkungspunkt definiert. Zudem sind die beiden Magnetspektrometer zu sehen, die sich auf einer Kreisbahn um den Kollisionspunkt bewegen und die Winkel und Impulse der gestreuten Elektronen messen.

Das MAGIX-Experiment an MESA.
© MAGIX Cooperation
Mainztarget Eng
Das Target für das MAGIX-Experiment.
© AG Khoukaz

Gas-Targets stellen kontinuierlich Targetmaterial mit konstanter Dichte zur Verfügung, welche über mehrere Wochen stabil sind. Direkt hinter der Düse lassen sich Dichten in der Größenordnung von 1019 Atome/cm2 erreichen. Das Gas-Jet Target bietet die Möglichkeit auch als Cluster-Jet Target betrieben zu werden, dies ist durch entsprechende Druck- und Temperatureinstellungen an der Düse zu realisieren (vgl. Cluster-Jet Target). Das verwendete Gas-Jet Target wurde in dieser Arbeitsgruppe entworfen und aufgebaut.

Zurzeit werden erste Messungen zur Charakterisierung des Targets durchgeführt. Dazu gehört der Aufbau eines Mach-Zehnder Interferometers, welches dazu dienen wird, die Dichte und die Form des Gas-Jets zu bestimmen. Dabei wird ein Laserstrahl durch einen Strahlteiler geführt und beide Teilstrahlen legen im Interferometer die gleiche Wegstrecke zurück. Einer der beiden Teilstrahlen wechselwirkt auf seinem Weg mit dem zu untersuchenden Gas- oder Clusterstrahl. Die Laserstrahlen werden am Ende wieder zusammengeführt und es entsteht ein 2-dimensionales Interferenzmuster, welches ausgewertet wird.

Interferenzmuster Eng
Ursprüngliches 2-dimensionales Interferenzbild
© AG Khoukaz
Machzehnderskizzehomepage Eng
Aufbau eines Mach-Zehnder Interferometers.
© AG Khoukaz