Forschung in der Gruppe von Prof. Dr. A. Khoukaz

Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. A. Khoukaz beschäftigt sich mit der Produktion und den Zerfällen von Mesonen und exotischen Teilchen, die in Materie-Antimaterie-Wechselwirkungen wie z.B. Elektron-Positron- sowie zukünftig in Antiproton-Proton-Stößen produziert werden. Weitere wichtige Forschungsbereiche sind die Messung des Proton-Proton Wirkungsquerschnittes sowie die Arbeit an einem im Aufbau befindlichen Experiment in Mainz, um hochpräzise Messungen im Bereich der Hadronen- und Kernphysik durchzuführen.

Simuliertes BESIII-Ereignis im BESIII Event Display.
© AG Khoukaz

Einer der genannten Forschungsschwerpunkte unserer Arbeitsgruppe liegt in der Untersuchung des Charmonium-Spektrums sowie möglicher exotischer Teilchenzustände, wie zum Beispiel dem Y(4260). Hierzu werden derzeitig Messungen an dem BESIII-Experiment durchgeführt, welches am Elektron-Positron-Collider BEPC-II des Instituts für Hochenergiephysik in Peking betrieben wird. Elektronen und Positronen werden im Linac auf Schwerpunktsenergien zwischen 1.84 und 5.6 GeV beschleunigt und in die zwei Speicherringen von BEPCII injiziert. Dort werden sie im Zentrum des BESIII-Detektors zur Kollision gebracht.

Animation der Interferenz zwischen einem resonanten und einem nicht-resonanten Prozess bei unterschiedlichen Phasendifferenzen φ. Bei dem resonanten Prozess wird ein Teilchen erzeugt, welches sich im Energiespektrum √s mittels einer Breit-Wigner Verteilung (BW) beschreiben lässt. Der Beitrag des nicht-resonanten Prozesses wird mit einer Konstanten a modelliert.
© AG Khoukaz

Weitere große Forschungsbereiche unserer Gruppe sind das KOALA- und das PANDA-Experiment, welche an dem zukünftigen Antiprotonen-Speicherring HESR des FAIR Beschleunigerzentrums in Darmstadt aufgebaut werden. An diesem Großexperiment werden in Zukunft unter anderem Präzisionsmessungen zu Charm-Mesonen sowie zu exotischen Teilchen durchgeführt werden.

CAD Zeichnung des geplanten PANDA Experiments (links) und KOALA@CaveC (rechts).
© AG Khoukaz

Für die Experimente an KOALA und PANDA ist der Einsatz von Jet-Targets geplant, welche von unserer Arbeitsgruppe aufgebaut werden und an verschiedenen Standorten und Teilchenbeschleunigern getestet und optimiert wurden, wie beispielsweise am Kühlersynchrotron COSY in Jülich. Dort wurden wichtige Messungen in Verbindung mit den anderen am COSY eingebauten Komponenten durchgeführt, sodass das Cluster-Jet Target optimal am späteren PANDA-Experiment eingesetzt werden kann. Ein Prototyp für dieses Target wird gleichzeitig und bereits seit vielen Jahren an unserem Institut betrieben und für systematische Untersuchungen zur Clusterproduktion und neuen Diagnosetools verwendet.

MAGIX Target-Aufbau (links) und Argon Filament in der Interaktionkammer (rechts) beim A1-Experiment beim Elektronenbeschleuniger MAMI.
© AG Khoukaz

Ein anderer Einsatzbereich der Jet-Targets ist das MAGIX-Experiment am zukünftigen Elektronenbeschleuniger MESA in Mainz. Hier werden mit unterschiedlichen gasförmigen Elementen überschallschnelle Gas-Jets und Filament-Targets erzeugt, mit welchen wichtige Forschungsschwerpunkte untersucht werden wie die Suche nach dunklen Photonen oder die hochpräzise Untersuchung des Radius von Protonen.

Targetquelle (links) und die Skimmerkammer (rechts) des Cluster-Jet-Prototyps.
© AG Khoukaz

Neben der stetigen Optimierung und Forschung an Cluster- und Gas-Jet Targets entwickelt die AG Khoukaz auch Filament- und Droplettargets, welche als Alternative zu den zuvor genannten Targetformen genutzt werden können. Durch spezielle Techniken kommt es beim Droplettarget zu einem regelmäßigen und gleichförmigen Tröpfchenstrahl, wohingegen beim Filamenttarget ein ausgefrorener Faden aus z.B. Wasserstoff hergestellt wird, welcher dünner als ein menschliches Haar ist.