Magnetspektrometer KAOS zur Untersuchung von Kernreaktionen mit "seltsamen" Teilchen an der Uni Mainz eingeweiht

Den Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz steht ein weiteres Großgerät zur Verfügung: das neue Magnetspektrometer im Institut für Kernphysik. Nach jahrelanger Aufbauarbeit war der über 100 Tonnen schwere Dipolmagnet und das spezielle Detektorsystem bereits im Dezember 2008 erfolgreich in Betrieb genommen worden, jetzt folgte die offizielle Einweihung im Beisein von rund 100 Gästen.

„Mit dem Magnetspektrometer KAOS sind beste Voraussetzungen zur Untersuchung sog. 'seltsamer Teilchen' in der Mainzer Kernphysik geschaffen“, sagte Univ.-Prof. Dr. Josef Pochodzalla bei der Einweihung. Zu diesen Teilchen gehört u.a. das 1947 entdeckte Kaon. Seltsamkeit bedeutet in diesem Zusammenhang, dass neben den u- und d-Quarks, den Bausteinen von Protonen und Neutronen, in diesen Teilchen noch eine weitere Quarksorte vorhanden ist, die der s-Quarks. Die Erzeugung von seltsamen Teilchen an einem Elektronenbeschleuniger wie dem Mainzer Mikrotron hat viele Vorteile gegenüber konventionellen Methoden an Protonmaschinen.

Die Experimente mit dem neuen Messinstrument sollen zu einem besseren Verständnis der Produktionswahrscheinlichkeiten von Kaonen führen, im Fokus der Mainzer Untersuchungen stehen aber insbesondere Eigenschaften von sogenannten Hyperkernen, bei denen es sich um Atomkerne mit eingelagerten seltsamen Teilchen handelt. Die Ergebnisse würden letztlich neue Einblicke in die Struktur der Materie ermöglichen, die von der Skala der Kerne bis zu der von Neutronensternen reichen.

Das Instrument war zuvor bereits an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) bei Darmstadt erfolgreich auf der Jagd nach den sowohl seltenen als auch seltsamen Elementarteilchen. Im Frühjahr 2003 wurde das Magnetspektrometer nach Mainz gebracht. Die Besonderheit der Anlage in Mainz ist dabei, dass mehrere Spektrometer gemeinsam die Kernreaktionen beobachten können, wobei das KAOS sich besonders für den Nachweis der kurzlebigen Kaonen eignet, während ein komplementäres Spektrometer das Streuteilchen registriert.

Die Arbeit an dem Spektrometer erfolgt im Rahmen der Kollaboration A1, in der eine Gruppe von Physikern, Ingenieuren und Technikern den Betrieb aller Magnetspektrometer an Mainzer Mikrotron MAMI, einem Dauerstrich-Elektronenbeschleuniger, gewährleistet. Für KAOS musste neben der Bereitstellung von mehr als einem halben Megawatt an elektrischer Leistung und mehr als 200 Litern pro Minute Kühlwasserfluss auch ein neuer Transformatorenraum eingerichtet werden. Diese Arbeiten erfolgten in enger Zusammenarbeit durch die Werkstätten des Instituts und die Baubehörden der Universität und des Landes Rheinland-Pfalz.

Die Einweihung des jüngsten Spektrometers war Teil des SPHERE Kick-off-Events am 4. und 5. Juni 2009, bei dem Forscher aus Italien, Spanien, Deutschland und der Tschechischen Republik zur Gründung des wissenschaftlichen Netzwerks „Strange Particles in Hadronic Environment Research in Europe“ (SPHERE) in Mainz zusammenkamen. Bei diesem ersten Treffen diskutierten die Wissenschaftler, unter ihnen auch Humboldt-Preisträger und international bekannter Experte auf dem Gebiet der Hyperkerne Prof. Avraham Gal aus Jerusalem, den aktuellen Stand der Forschungsprojekte. Das neue, EU-geförderte Netzwerk soll die Erforschung seltsamer Teilchen in Hadronen effizienter werden lassen, indem es die Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Gruppen innerhalb Europas optimiert.

Zentraler Punkt der Mainzer Beteiligungen sind in diesem Netzwerk Messungen mit und Entwicklungen für das KAOS-Spektrometer. Zudem sind die Mainzer im PANDA-Experiment („antiProton ANnihilation at DArmstadt“) involviert, das momentan an der neuen Beschleunigeranlage im Rahmen des Großprojekts FAIR („Facility for Antiproton and Ion Research“) bei der Darmstädter GSI aufgebaut wird.