Elektronenstreuung an Systemen aus wenigen Nukleonen

Elektronenstreuung an Systemen aus wenigen Nukleonen

Die Elektronenstreuung an den einfachsten Kernsystemen (1H, 2H, 3H) erlaubt eine einzigartige Einsicht in die Eigenschaften der starken Kernkraft. Eine präzise Bestimmung des Ladungsradius des Protons unter Verwendung der Elektronenstreuung ist möglich, indem die Winkelverteilung der rückgestoßenen Protonen simultan mit mehreren Detektoren bestimmt wird. Hieraus ergeben sich Möglichkeiten zum Test von Vorhersagen auf Basis der Quantenchromodynamik (QCD), sowie wesentliche Informationen für eine Überprüfung der Quantenelektrodynamik (QED) auf der Grundlage der Lamb-Verschiebung in Wasserstoffatomen. Erste Experimente bezüglich der Strukturfunktionen im elektroneninduzierten Aufbruch des Deuterons am S-DALINAC zeigten überraschende Abweichungen von allen bisher durchgeführten Potentialmodellrechnungen.

Messung des Protonenradius durch Elektronenstreuexperimente

Positionierung der Detektoren innerhalb der Streukammern auf zwei Ebenen.
Positionierung der Detektoren innerhalb der Streukammern auf zwei Ebenen.

Der Ladungsradius des Protons stellt eine elementare Größe in der Kernphysik dar, die z.B. für Präzisionstests der Quantenelektrodynamik von großer Bedeutung ist. Die übliche Methode zur Bestimmung des Radius ist elastische Elektronenstreuung. Ähnlich, wie mithilfe des Beugungsmusters eines optischen Gitters die Spaltabmessungen im Gitter bestimmt werden können, ermöglicht es die Elektronenstreuung am Wasserstoffkern, auf den Protonenradius zu schließen. Die Daten vergangener Experimente und theoretischer Vorhersagen zum Protonenradius sind nicht vollständig miteinander verträglich und besitzen teilweise große Unsicherheiten. Daher wurde ein neues Elektronenstreuexperiment entworfen und am Darmstädter Elektronenbeschleuniger S-DALINAC durchgeführt. Um die Fehlerbeiträge verschiedener experimenteller Parameter zu reduzieren, wurden statt der Elektronen die Rückstoßprotonen über einen großen Winkelbereich mit Silizium-Detektoren simultan nachgewiesen. Die Auswertung der Daten wird derzeit durchgeführt und bildet den letzten Schritt dieses Forschungsprojekts.

Aufbruch von Helium

Kinematik zur Aufbruchreaktion bei kleinen Impulsüberträgen
Kinematik zur Aufbruchreaktion bei kleinen Impulsüberträgen

Die Kräfte welche die Nukleonen im Kern zusammenhalten sind ein aktuelles Gebiet der kernphysikalischen Forschung. Wenig-Nukleonen-Systeme sind hierbei ein ausgezeichnetes Mittel um die Eigenschaften der starken Wechselwirkung im Detail studieren zu können. Die einfachsten stabilen Systeme, die für diese Untersuchungen in Frage kommen sind das Deuterium und der 33e-Kern.

Ziel ist es den Aufbruch des 3He-Kerns bei kleinen Impulsüberträgen in einer Reaktion der Form (e, e'pp) zu untersuchen. Dabei werden die emittierten Protonen mit dem parallel zu diesem Projekt entwickelten Siliziumball in Koinzidenz gemessen. Mit dieser Anordnung ist die Kinematik vollständig bestimmt, so dass die Anteile der Wechselwirkungen identifiziert werden können.

Mit diesem Experiment ist es möglich ein besseres Verständnis über die Anteile der unterschiedlichen Wechselwirkungsmechanismen in der Kernbindung zu erlangen, und damit theoretische Vorhersagen experimentell zu prüfen.