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 Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt aufgebaut wird. Weitere Informationen hierzu finden sich auf der Seite des dazugehörigen Förderprograms des BMBF-Forschungsschwerpunkts ErUM-FSP T08: PANDA.
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 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 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. 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.
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.
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.