Das PANDA-Experiment

 

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

Bei dem PANDA-Experiment handelt es sich um ein internes Fixed-Target-Experiment, das sich im Hochenergiespeichering  (HESR) befinden wird. Die im HESR beschleunigten und gespeicherten Antiprotonen werden mit Protonen oder Deuteronen des PANDA Cluster-Jet Targets 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 Strahlkühlungsverfahren (zum Beispiel 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 geometrische Akzeptanz für die entstehenden Teilchen  hat (4Pi-Detektor). Die einzelnen Detektorlagen sind hierfür, wie bei  Teilchendetektoren der Hochenergiephysik üblich, zwiebelschalenförmig  um den Wechselwirkungspunkt angeordnet. 

Das für das Experiment essentiell wichtige Target wurde bereits in Münster entworfen, ausgebaut und detailliert getestet, beispielsweise am Cooler Synchrotron COSY in Jülich. Der Target-Strahl kann durch unterschiedliche Betriebsmodi verschiedene Eigenschaften bekommen, welche entscheidend sind für die speziellen Anforderungen der verschiedenen Messungen des Physikprogramms.

PANDA Experiment

Das Physikprogramm von PANDA wird verschiedene 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 Austauschteilchen 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 einige 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.