Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Anti-Materie im Kreisverkehr

07.06.2017

Physiker der Uni Jena und des Helmholtz-Instituts Jena haben einen hochempfindlichen Stromsensor für die Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Darmstadt) entwickelt. Der sogenannte Kryo-Stromkomparator ist jetzt an die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) übergeben worden und soll noch in diesem Jahr in Darmstadt in Betrieb gehen. Das Messsystem, dessen Vorgänger bereits am Europäischen Teilchenphysikzentrum CERN läuft, ist das derzeit einzige weltweit, das Strahlströme zerstörungsfrei im Nano-Ampere-Bereich messen kann.

Sie sind die größten Forschungsanlagen überhaupt: Teilchenbeschleuniger, wie der Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Teilchenphysikzentrum CERN. Sie katapultieren geladene Teilchen auf extreme Geschwindigkeiten und lassen sie in gezielten Kollisionen aufeinander los.


Ingenieur Ralf Neubert von der Uni Jena arbeitet an dem hochempfindlichen Kryo-Stromkomparator, der noch in diesem Jahr in der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR in Darmstadt zum Einsatz kommen soll.

Foto: Jan-Peter Kasper/FSU


Techniker Matthias Thürk von der Uni Jena an der Anlage zur Heliumverflüssigung. Mehrere Hundert Liter flüssiges Helium sind für den Betrieb des Messsystems nötig, das bei minus 269 °C arbeitet.

Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Treffen die winzigen Geschosse mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinander, entstehen andere Elementarteilchen, anhand derer sich grundlegende Fragen zum Aufbau von Materie und nicht zuletzt des Universums erforschen lassen.

„Solche winzigen und nur in geringer Zahl vorkommenden Teilchen zu detektieren, erfordert allerdings hochpräzise Messtechnik“, sagt apl. Prof. Dr. Frank Schmidl von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Der Physiker und sein Team vom Institut für Festkörperphysik haben gemeinsam mit Kollegen des Helmholtz-Instituts Jena (HIJ), des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (IPHT), der GSI und Wirtschaftspartnern einen solch hochempfindlichen Sensor zur Strahlstromdiagnostik entwickelt, mit dem sich extrem kleine elektrische Ströme und damit Elementarteilchen, wie Ionen, Protonen oder Anti-Protonen, zerstörungsfrei und berührungslos messen lassen.

Ein Vorläufer des Jenaer Messsystems ist bereits seit 2015 am CERN in Betrieb. Ein größerer Nachfolger ist jetzt an die im Aufbau befindliche internationale Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) der GSI in Darmstadt übergeben worden und soll noch in diesem Jahr vor Ort in Betrieb gehen.

Die Grundlagen der Jenaer Entwicklung beschreibt Prof. Schmidl: „Jedes geladene Teilchen, das sich bewegt, erzeugt ein Magnetfeld und dieses Feld lässt sich messen.“ Soweit so unspektakulär. „Im Falle einzelner oder nur in geringer Zahl vorhandener Elementarteilchen sind jedoch die induzierten Magnetfelder äußerst gering“, macht der Jenaer Physiker deutlich.

Um diese extrem winzigen Änderungen des Magnetfelds im Beschleuniger aufzuspüren, die durch einzelne Teilchen verursacht werden, muss der entsprechende Sensor Ströme im Nano-Ampere-Bereich messen können.

Dass ihr Kryo-Stromkomparator dies zuverlässig gewährleistet, haben die Jenaer Physiker kürzlich bei der Übergabe ihres Messsystems an die GSI demonstriert. Herzstück des in der institutseigenen Werkstatt entwickelten und gebauten Messgerätes ist ein Quanteninterferometer – ein Ring von etwa 35 Zentimetern Durchmesser aus supraleitendem Niob, kombiniert mit einer ebenfalls supraleitenden Abschirmung. „Damit halten wir störende magnetische Hintergrundfelder ab, die die winzigen Änderungen im Magnetfeld, die wir messen wollen, ansonsten überlagern“, erläutert Dr. Volker Tympel vom HIJ.

Während seines Einsatzes steckt der Stromkomparator in einem mannshohen Metallbehälter. Denn: Um das Schwermetall Niob in den Zustand der Supraleitung zu versetzen – die Voraussetzung für die präzise Messung der extrem geringen Magnetfeldänderungen – muss es auf minus 269 °C (bzw. 4,2 Kelvin) abgekühlt werden. „Eine solche Temperatur kommt sonst nur in den Tiefen des Universums vor“, so Ingenieur Tympel. Mehrere Hundert Liter flüssiges Helium sind für jede einzelne Messung notwendig, um den Sensor auf Betriebstemperatur zu frosten.

Neben der hohen Empfindlichkeit hat die Jenaer Innovation einen weiteren Vorteil, der sie weltweit einzigartig macht. „Unser Kryo-Stromkomparator arbeitet zerstörungsfrei, das heißt für die Messung greift er nicht in den Teilchenstrom ein“, verdeutlicht Tympel. Dies mache das Messsystem insbesondere für den Einsatz zur Messung von Anti-Teilchen, wie Anti-Protonen interessant, wie sie in Darmstadt geplant sind. „Deren Erzeugung ist überaus aufwendig und die Ausbeuten gering, was eine empfindliche und die Strahlstärke nicht beeinflussende Messtechnik erforderlich macht.“

Kontakt:
apl. Prof. Dr. Frank Schmidl, Dr. Volker Tympel
Arbeitsgruppe Tieftemperaturphysik
Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Helmholtzweg 5, 07743 Jena,
Tel.: 03641 / 947429, 03641 / 947427
E-Mail: frank.schmidl[at]uni-jena.de, volker.tympel[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Quanten-Übertragung auf Knopfdruck
14.06.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Lasertests unter Tiefsee-Bedingungen am LZH

19.06.2018 | Materialwissenschaften

Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics