|
21 Tonnen schwerer Magnet für Mainzer Teilchenbeschleuniger
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Mainz
astronews.com
25. November 2024
Eines der Hauptexperimente des neuen Teilchenbeschleunigers
MESA, der gerade in Mainz entsteht, soll nach Abweichungen vom Standardmodell
der Teilchenphysik suchen, um so vielleicht auch hinter das Geheimnis der
Dunklen Materie zu kommen. Nun wurde eine zentrale Komponente des Experiments
geliefert und montiert: eine supraleitende Magnetspule mit einem Durchmesser von
vier Metern.
Der 21 Tonnen
schwere Magnet für den neuen Mainzer
Teilchenbeschleuniger MESA wird durch das Dach
des Centrums für Fundamentale Physik in die
unterirdische Halle in zehn Metern Tiefe
eingebracht.
Bild: Twain
Wegner
[Großansicht] |
Eines der Leuchtturmprojekte des Exzellenzclusters PRISMA+ der Johannes
Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist der Bau des neuen, energierückgewinnenden
Teilchenbeschleunigers MESA (Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator),
der zukünftig Experimente mit bisher unerreichter Präzision ermöglichen wird.
Eines der Hauptexperimente an MESA, P2, wird durch die Messung des sogenannten
schwachen Mischungswinkels eine Schlüsselrolle bei der Erforschung der "neuen
Physik" – Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik– spielen. Die
zentrale Komponente des P2-Experiments, eine supraleitende Magnetspule mit einem
Durchmesser von vier Metern und einem Gewicht von 21 Tonnen, ist jetzt auf dem
Campus der JGU angeliefert und in den MESA-Teilchenbeschleuniger eingebaut
worden. Der Magnet wurde in Vannes, Frankreich, hergestellt und am vergangenen
Donnerstag nach Mainz geliefert.
"Wir haben fast fünf Jahre lang mit der Firma SigmaPhi zusammengearbeitet, um
die Herausforderungen zu meistern und das hochmoderne Design für unser
Experiment zu realisieren", sagt Prof. Dr. Frank Maas, Sprecher des
P2-Experiments, das zurzeit von einer Kollaboration aus Physikerinnen und
Physikern aus Deutschland, Frankreich, Kanada und den USA aufgebaut wird. "Ein
solcher Solenoidmagnet wird zum ersten Mal für Experimente dieser Art
eingesetzt. Sein großer Durchmesser ermöglicht es, besonders hohe Teilchenraten
aufzunehmen. Die Größe des Magneten hat aber auch eine besondere Herausforderung
in der Konstruktion und Produktion dargestellt."
Bei etwa vier Grad über dem absoluten Nullpunkt (bei ca. minus 269 °C)
verliert die Spule ihren elektrischen Widerstand und wird supraleitend. Um diese
tiefen Temperaturen zu erreichen, wird sie in einem Kryostat im Vakuum betrieben
und mit flüssigem Helium gekühlt. Sie wurde mit einem Spezialtransport aus
Vannes, in der Bretagne, angeliefert und mit einem speziellen Mobilkran mit
einem mehr als 30 Meter langen Ausleger durch eine Öffnung im Dach des neuen
MESA-Gebäudes auf die zehn Meter unter der Erde gelegene Beschleunigerebene
befördert. Dort ist sie in ein etwa hundert Tonnen schweres Eisenjoch eingebaut
worden.
Das Hauptziel des P2-Experiments ist die Bestimmung des schwachen
Mischungswinkels, eines Maßes für die relative Stärke der schwachen und der
elektromagnetischen Wechselwirkung. Der gelieferte Magnet spielt eine
Schlüsselrolle bei der Bestimmung dieser fundamentalen Größe des Standardmodells
und hat zwei entscheidende Funktionen. Zum einen dient er dazu, die elastisch
gestreuten Signalelektronen auf die Detektoren zu fokussieren, deren Signale vom
P2-Team analysiert werden. Zum anderen wird er verwendet, um
Hintergrundereignisse abzulenken und zu unterdrücken, die für die Datenanalyse
nicht relevant sind. Eine präzise experimentelle Bestimmung des schwachen
Mischungswinkels im Vergleich zu ebenfalls präzisen theoretischen Berechnungen
wird es ermöglichen, das Standardmodell zu überprüfen. Abweichungen zwischen
Theorie und Experiment wären ein Hinweis auf neue Teilchen oder Kräfte jenseits
der bekannten des Standardmodells und ein experimenteller Hinweis auf die Natur
der Dunklen Materie.
Ein Teil der unterirdischen Hallen wurde mit dem "Centrum für Fundamentale
Physik" (CFP) neu gebaut. Das CFP bildet den baulichen Rahmen für zentrale
Forschungsprojekte von PRISMA+, zu denen allen voran MESA zählt. Im Rahmen des
CFP I wurden bestehende unterirdische Experimentierhallen des Instituts für
Kernphysik um eine rund 600 Quadratmeter umfassende Halle erweitert. Die
vorhandenen Hallen wurden modernisiert und teilweise umgebaut. Dazu gehören
Hallen des seit 1979 erfolgreich betriebenen Elektronenbeschleunigers Mainzer
Mikrotron (MAMI). Die neue MESA-Halle ist direkt daran angebaut, sodass der
bestehende Strahlfänger in die Baumaßnahme integriert ist. Die Hallen sind über
großformatige Wanddurchbrüche verbunden, um damit insgesamt ausreichend Platz
für den MESA-Beschleuniger und die dazugehörigen wissenschaftlichen Experimente
zu schaffen.
|
