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Westfälische
Wilhelms-Universität Münster
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| Institut für Kernphysik Wilhelm-Klemm-Str. 9 48149 Münster Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. D. Frekers |
Tel. (0251) 83-3 49 50/70
Fax: (0251) 83-3 49 62 e-mail: gesdirkp@uni-muenster.de www: http://www.uni-muenster.de/Physik/KP/index.shtml |
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Forschungsschwerpunkte 2001 - 2002 Fachbereich 11 - Physik
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Mesonenproduktion nahe der Erzeugungsschwellen
Die Produktion von
Mesonen und Mesonenpaaren in elementaren Proton-Proton-, Proton-Neutron- sowie in
Proton-Deuteron-Stößen steht im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten dieser
Arbeitsgruppe. Motiviert werden derartige Messungen durch die Tatsache, dass die relevanten
Produktionsmechanismen und deren relative Stärke weitestgehend unverstanden sind, obwohl
die Mesonen, die Gegenstand der Untersuchungen sind, schon seit längerem bekannt sind.
Darüber hinaus wird die Struktur einiger dieser "bekannten" Mesonen auch heute noch
kontrovers diskutiert, so dass Studien zu deren Produktion einen wichtigen Beitrag zur Beantwortung
vieler offener Fragen liefern können. Von besonderem Interesse sind dabei Untersuchungen
nahe der Erzeugungsschwellen der Mesonen, da aufgrund der geringen Relativimpulse der Ejektile
deren Endzustandswechselwirkungen besonders ausgeprägt sind und somit effizient
untersucht werden können. Ein weiterer wichtiger Aspekt dieser Messungen ist die
Möglichkeit, Produktionsmechanismen detailliert untersuchen zu können, da, bedingt
durch die geringen Impulse der auslaufenden Teilchen im Schwerpunktsystem, höhere
Partialwellen stark unterdrückt sind und somit sehr saubere kinematische Bedingungen
vorliegen. Die beschriebenen Studien stellen hinsichtlich der experimentellen Durchführung
eine große Herausforderung dar. Da die Produktionswahrscheinlichkeiten nahe der
Produktionsschwellen stark energieabhängig sind und direkt an der Schwelle verschwinden,
werden sowohl an die Qualität des Beschleunigerstrahls als auch des verwendeten Targets
höchste Anforderungen gestellt, um Präzisionsdaten zu erhalten. Am Forschungszentrum
Jülich wurde für derartige Experimente das Protonensynchrotron COSY aufgebaut,
welches Protonen auf Impulse bis etwa 3.5 GeV/c beschleunigen kann. Die Güte des
Beschleunigers äußert sich unter anderem in der hohen Impulsschärfe des
beschleunigten Protonenstrahls, welche durch den Einsatz einer stochastischen Strahlkühlung
erreicht wird. Die Experimente COSY-11 und ANKE, an denen unsere Arbeitsgruppe aktiv beteiligt
ist, stellen zwei Installationen am internen COSY-Protonenstrahl dar, welche für die
Durchführung der zuvor beschriebenen Experimente optimiert sind. Die in beiden Experimenten
verwendeten Clusterstrahltargets wurden im Institut für Kernphysik der Universität
Münster speziell für den Einsatz in derartigen Experimenten entwickelt und optimiert. Bei
derartigen Targets wird ausgenutzt, dass Gase wie z. B. Wasserstoff oder Deuterium Cluster bilden
können, wenn sie unter hohem Druck (etwa 17 bar) und niedrigen Arbeitstemperaturen (etwa
30 K) durch enge Laval-Düsen mit Durchmessern von etwa 16 mm
strömen. Separiert man diese Clusterstrahlen vom umgebenden Gasstrahl, erhält man
einen idealen Targetstrahl, der sich geradlinig in einer Vakuumkammer unter Beibehaltung von
UHV-Bedingungen ausbreiten kann. Sowohl das Design als auch die Betriebsparameter dieser
Targetinstallationen wie Grösse der verwendeten Düsen, Gasdruck und
Düsentemperatur stützen sich auf Ergebnisse, die in Münster in umfangreichen
Studien an einem Test-Clusterstrahltarget gewonnen wurden. Das umfangreiche
Meßprogramm des COSY-11 Experiments zur Produktion der Mesonen bzw. Mesonenpaare
p+p-, h, h', w und K+K- sowie zur Erzeugung von und
L- und S-Hyperonen in elementaren
Proton-Proton-Stößen wurde in einem weiteren Schritt um Experimente zur h- und h'-Produktion in
Proton-Deuteron-Stößen erweitert, bei deren Vorbereitung, Durchführung und
Analyse unsere Arbeitsgruppe federführend ist. Im Vergleich zur Mesonenproduktion in
elementaren Nukleon-Nukleon-Stößen gestatten derartige Exprimente den Zugang zum
Studium der Produktion von Mesonen im Stoß mehrerer Nukleonen und ermöglichen es,
eine Brücke zur Physik der Schwerionenstöße schlagen können. Im Rahmen des Experiments ANKE an COSY liegt der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe
in der Durchführung von Experimenten zur Mesonenproduktion in Proton-Neutron-
Streuexperimenten. Als Neutronentarget dient dabei ein Deuteronentarget in Form eines
Deuterium-Clusterstrahls, wobei Reaktionen selektiert werden, bei denen das Proton des Deuterons
nur als Zuschauer ("Spectator") agiert und somit die quasifreie pn-Streuung untersucht werden kann.
Zur vollständigen Eventrekonstruktion wird dazu auch das verbleibende Spectator-Proton
detektiert, was mit Hilfe eines Halbleiterdetektors möglich ist. Derartige Messungen
vervollständigen die Palette der bereits untersuchten Reaktion zur Produktion von Mesonen in
elementaren Nukleon-Nukleon-Stößen und erlauben zudem einen Vergleich der
Ergebnisse unterschiedlicher Isospinausgangszustände.
Drittmittelgeber: Beteiligte Wissenschaftler: Veröffentlichungen: |
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