Universität zu Köln

Gespeicherte polarisierte Antiprotonen ermöglichen eine Vielzahl von bedeutenden Experimenten im Bereich der Teilchenphysik. Hierzu gehört die direkte Messung der sogenannten Transversity, welche als letztes fehlendes Stück zur Beschreibung der partonischen Struktur des Nukleons im Rahmen der Quantenchromodynamik (QCD) angesehen wird. Mit Hilfe der Drell-Yan Produktion in doppeltpolarisierten Proton-Antiproton Streuexperimenten ist eine Untersuchung der transversalen Spinstruktur der Nukleonen möglich. Aufgrund dieser und einer Fülle weiterer möglicher wesentlicher Erkenntnisse wurden Untersuchungen doppeltpolarisierter Antiproton-Proton Kollissionen am High Energy Storage Ring (HESR) der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) von der Polarized Antiproton eXperiments Kollaboration (PAX) vorgeschlagen. Hierbei ist bereits die Erzeugung intensiver polarisierter Protonenstrahlen eine anspruchsvolle und bisher ungelöste Aufgabe. Der PAX Zeitplan hin zu Experimenten am HESR besteht im Wesentlichen aus drei Phasen. Im ersten Schritt wird PAX@COSY den Polarisationsaufbau mit Protonen am Cooler Synchrotron COSY in Jülich optimieren. Anwendung findet hierbei die Spinfilter Methode bei der ein anfangs unpolarisierte Strahl aufgrund der spinabhängigen hadronischen Wechselwirkung mit einem polarisierten Target polarisiert wird. Ein erfolgreicher Test dieser Methode wurde für Protonen bereits im Rahmen des Filter Experiments (FILTEX) am Test Storage Ring (TSR) in Heidelberg durchgeführt. PAX@CERN soll im zweiten Schritt mit dem Antiprotonenstrahl des Antiproton Decelerators (AD) am CERN zeigen, wie groß die spinabhängigen Wirkungsquerschnitte in der Proton-Antiproton Streuung sind. PAX@FAIR bildet die dritte Phase, in der die Antiprotonen in einem dedizierten Speicherring, dem Antiproton Polarizer Ring (APR), polarisiert werden. Mit Hilfe des polarisierten Antiprotonenstrahles soll in Streuexperimenten in einem doppeltpolarisierten Proton-Antiproton Collider die Vermessung der transversalen Spinstruktur des Protons erreicht werden. Die vorliegende Arbeit erläutert die Vorbereitungen für das geplante Spinfilter Experiment an COSY. Im Rahmen dieser Vorbereitungsphase wurde unter anderem das notwendige experimentelle Equipment, bestehend aus einer sogenannten low-β Sektion, einem leistungsfähigen Vakuumsystem, einer Atomstrahlquelle, einem Breit-Rabi Polarimeter und einer Targetkammer mit auffahrbarer Speicherzelle, installiert und erfolgreich in Betrieb genommen. Des Weiteren wurden Messungen zur Abhängigkeit der Strahllebensdauer mit dem Resultat einer signifikanten Lebensdauererhöhung und detaillierte Studien zu relevanten Maschinenparametern, wie z.B. Akzeptanzwinkel, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Studien dienen als Grundlage zur Berechnung des erwarteten Polarisationsaufbaus in einem gespeicherten, gekühlten Protonenstrahl bei einer kinetischen Energie von 49,3MeV und einer Targetdichte von 5*10¹³ Atome/cm². Die weiterhin durchgeführten Simulationsrechnungen zur Messung dieser Polarisation mit Hilfe von elastischer Proton- Deuteron Streuung und eines Polarimeters, bestehend aus Siliziumstreifendetektoren, geben Aufschluss über die benötigte Messzeit und die erreichbare Genauigkeit der Messung des spinabhängigen totalenWirkungsquerschnittes mit transversaler Strahlpolarisation. Auf der Basis der präsentierten Ergebnisse wurde ein Experimentantrag der PAX Kollaboration an das COSY Program Advisory Committee (PAC) eingereicht und vom PAC bewilligt.

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