03.02.2012

OLYMPUS beginnt das Forschungsprogramm

Detektor an DORIS startet seine erste von zwei Messzeiten

Das Bild des Protons ist in den letzten Jahrzehnten immer präziser geworden. Nicht zuletzt DESYs Beschleuniger HERA hat dazu beigetragen, dass die Physiker sehr genau verstehen, welch komplexe Teilchen sie zurzeit im Large Hadron Collider aufeinander schießen.

Der OLYMPUS-Detektor kurz vor dem Einbau in DORIS

Nichts desto trotz birgt das Proton noch einige Geheimnisse. Um einem von ihnen auf die Spur zu kommen, ist bei DESY das OLYMPUS-Projekt ins Leben gerufen worden: Der mit etwa 50 Tonnen Eigengewicht eher leichte Teilchendetektor ist in den letzten zwei Jahren am DORIS-Speicherring aufgebaut worden und soll die bisher präzisesten Messungen über die Verteilung von elektrischer Ladung und magnetischem Moment im Proton liefern. Dafür werden in DORIS Elektronen oder Positronen mit einer Energie von zwei Giga-Elektronenvolt (2 GeV) auf ein Wasserstoffgas geschossen, das in einer Targetzelle durch das DORIS-Strahlrohr geführt wird. Dabei werden sie an den Protonen des Gases gestreut.

Nach dem Aufbau und der technischen Inbetriebnahme in den vergangenen Wochen und Monaten hat jetzt die erste von zwei geplanten Messperioden von OLYMPUS begonnen. Eine der wichtigsten Eigenschaften des Experiments ist dabei der wechselweise Beschuss der Protonen mit Elektronen und Positronen – erst er erlaubt es, die sogenannten Formfaktoren des Protons mit äußerster Genauigkeit zu bestimmen. „Zusätzlich zur täglichen Umschaltung zwischen Elektronen und Positronen ändern wir die Polarität des OLYMPUS-Magneten viermal täglich in zufälligen Zeitabständen, um die höchste Präzision zu erreichen“, erklärt OLYMPUS-Sprecher Michael Kohl (Hampton Univ., USA). „Aus dem genauen Vergleich der Reaktionsraten der beiden Teilchensorten können wir errechnen, wie häufig es bei der Kollision einen Austausch von zwei anstatt eines Kraftteilchens gibt.“ Experimente am Jefferson Lab (USA) hatten nahegelegt, dass es in der Wechselwirkung Beiträge höherer Ordnung geben könnte, die bisher unentdeckt sind. Durch das regelmäßige Wechseln der Elektronen und ihrer Antiteilchen als Kollisionspartner können diese Beiträge vermessen werden. Eine schnelle Umschaltung zwischen beiden Teilchensorten ist bei hoher Strahlintensität nur an DORIS möglich.

Da ein Betrieb des Detektors sich nicht mit dem sonst bei DORIS betriebenen Photon-Science-Programm verträgt, steht die aktuelle vierwöchige Messzeit exklusiv für OLYMPUS zur Verfügung. Gesteuert wird die Datennahme an OLYMPUS vom Beschleunigerkontrollraum aus. Ideal, denn die Füllfrequenz ist deutlich höher als bei den konventionellen DORIS-Synchrotronläufen: Etwa einmal pro Stunde werden zehn neue Teilchenpakete in den Speicherring gefüllt, da die Kollisionen mit dem Gastarget den Teilchenstrahl schnell ausdünnen.

Alles in allem ist die etwa 20-köpfige Betriebsmannschaft sehr zufrieden mit dem Anlauf ihres Experiments. „Wir konnten schon während des Anlaufs von DORIS Ende Januar einiges Feintuning betreiben, jetzt haben wir den Detektor gut im Griff“, erklärt Uwe Schneekloth, der den Aufbau des Detektors koordiniert hat. „Nach der ersten Messzeit sollten wir schon Ergebnisse haben, die auf einige Prozent genau sind.“ Von Oktober bis Dezember dieses Jahres ist dann die zweite, diesmal zweimonatige Messzeit geplant, in der die Präzision noch weiter verbessert werden soll.