Das PANDA-Experiment

Das PANDA-Experiment (AntiProton ANnihilations at DArmstadt) wird eines der zentralen Experimente des geplanten Beschleunigerkomplexes FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) sein, welches auf dem  Gelände des GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung  in Darmstadt aufgebaut wird.

Bei dem PANDA-Experiment handelt es sich um ein sogennantes  internes Fixed-Target-Experiment, das sich im Hochenergiespeichering  (HESR) befinden wird. Die im HESR beschleunigten und gespeicherten  Antiprotonen werden mit Protonen oder Deuteronen im PANDA Detektor kollidieren, die im Vergleich zu den Antiprotonen eine so geringe  Geschwindigkeit haben, das sie als ruhend angenommen werden können.  Der HESR stellt Antiprotonen mit Impulsen im Bereich zwischen 1.5 und  15 GeV/c zur Verfügung. Durch verschiedene Strahlkühlungsverfahren (Elektronen- und Stochastische-Kühlung) werden die Antiprotonen  eine sehr geringe Impulsverschmierung von unter 10-4 haben.

Der PANDA-Detektor wird aus einem Haupt- und  einem Vorwärtsdetektor bestehen und ist so aufgebaut, dass er eine  größtmögliche geometische Akzeptanz für die entstehenden Teilchen  hat (4Pi-Detektor). Die einzelnen Detektorlagen sind hierfür, wie bei  Teilchendetektoren der Hochenergiephysik üblich, zwiebelschalenförmig  um den Wechselwirkungspunkt angeordnet. Für das Experiment wird es  zwei verschiedene Targetstationen geben: ein Cluster-Jet Target, das von unserer Arbeitsgruppe  entwickelt und gebaut wird und ein Pellettarget.  Beide Targettypen besitzen je nach Anforderung spezielle entscheidende Eigenschaften für das Gesamtexperiment, so daß je nach Physikprogramm die jeweils optimale Targetstation eingebaut  werden wird.

Pandabild1

Das Physikprogramm von PANDA wird verschieden Aspekte der starken  Wechselwirkung untersuchen. Die nachfolgende Abbildung zeigt die hierfür im Experiment durch Proton-Antiproton-Annihilation  erzeugbaren Hadronen.

Pandabild2

Zentrale Aspekte, die untersucht werden sollen sind:

  • Charmonium Spektroskopie:
    Die Eigenschaften von bekannten Mesonen aus Charm-Anticharm-Quarkpaaren werden untersucht und es wird nach bisher unbekannten Anregungszuständen dieser Quarkkombination gesucht.
  • Gluonische Anregungen (Glueballs und Hybride):
    Die Theorie der starken Wechselwirkung erlaubt nicht nur Teilchen, die nur aus Quarks bestehen, sondern auch Teilchen die aus Gluonen, den Austauschteichen der starken Wechselwirkung oder aus Kombinationen von Quarks und Gluonen bestehen. Nach diesen bisher nicht nachgewiesenen Glueballs bzw. Hybriden soll gesucht werden.
  • Multi-Quark Zustände:
    Neben den bekannten Teilchen, die aus 2 oder 3 Quarks bestehen, sind auch Teilchen denkbar, die aus 4 oder 5 Quarks bestehen. Diese Teilchen wurden bisher nicht entdeckt und sind daher ein interessanter Untersuchungsgegenstand.
  • Eigenschaften von Hadronen in Kernmaterie:
    Aufgrund der Struktur der Theorie der starken Wechselwirkung (spontane Symmetriebrechung der chiralen Symmetrie) verändern sich eininge Eigenschaften der Hadronen, wie ihre Masse oder ihre Lebensdauer, wenn sie in Atomkernen gebildet werden oder zerfallen. Durch die Untersuchung dieser Veränderung läßt sich ein besseres Verständnis der Quantenchromodynamik gewinnen und die Gültigkeit dieser Theorie testen.

Technical Design Report for the PANDA Internal Targets:
The Cluster-Jet Target and Developments for the Pellet Target [PDF]