1. Suche nach permanenten elektrischen Dipolmomenten (EDM)
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1. Suche nach permanenten elektrischen Dipolmomenten (EDM)
Mögliche Bachelor- und Masterarbeiten: 1. Suche nach permanenten elektrischen Dipolmomenten (EDM) von geladenen Teilchen (p, d und 3He) in Speicherringen Abstract: Mit einem dedizierten Präzisionsspeicherring für die Suche nach elektrischen Dipolmomenten (EDM) von geladenen Teilchen (p, d, 3He) kann die Empfindlichkeit gegenüber anderen Ansätzen (Bsp. dem Neutron) um Größenordnungen verbessert, ein mögliches EDM gemessen und die Ursache (Physik jenseits des Standardmodells) untersucht werden. Die Methode beruht auf der Speicherung eines Teilchenstrahls mit dem Polarisationsvektor in Impulsrichtung („frozen spin“); die Signatur für ein(e) EDM(-Obergrenze) besteht in der (Nicht-)Beobachtung einer vertikalen Polarisationskomponente im Verlauf der Speicherzeit. Dieses Projekt erfordert letztendlich den Bau eines dedizierten EDMPräzisionsspeicherrings, für das COSY am Forschungszentrum Jülich als Injektor dienen kann; es ist geplant, den neuen Ring innerhalb des vorhandenen Gebäudes zu realisieren. Als erster Schritt in diese Richtung ist vorge-sehen, eine erste direkte EDM-Untersuchung am Proton bzw. Deuteron mit dem existierenden konventionellen Speicherring COSY durchzuführen. Für die vielfältigen Vorarbeiten (Simulationen zur Spindynamik, Untersuchung der sog. Spin-Kohärenzzeit, Polarimetrie u.a.) vergeben wir Bachelor- und Masterarbeiten. Kontaktpersonen: Prof. J. Pretz (RWTH) ([email protected]), PD Dr. F. Rathmann ([email protected]) PD Dr. A. Lehrach ([email protected]) 2. Commissioning of the Polarized Internal Target (PIT) with deuterium gas at the ANKE-COSY spectrometer Abstract: A key feature of the experiments ongoing and planned at ANKE--COSY is the use of polarized beams and targets, which allows one to perform doublepolarization measurements [arXiv: nucl-ex/0511028 ]. It has been demonstrated that stored, polarized beams and polarized internal targets are experimental tools of choice to probe spin effects in NN-scattering experiments. While the EDDA- experiment at COSY has dramatically improved the pp data base, information on spin observables in np-scattering is very incomplete for energies above 800 MeV. The ANKE experiment at COSY, using a polarized deuteron/proton beam or target, can lead to significant improvements in the situation through the study of quasi-free reactions on the neutron in the deuteron. Such measurements have already started at ANKE by using the polarized hydrogen target. The purpose of the planned experiment at ANKE (May/June 2012) is to commissioning of the Polarized Internal Target (PIT) with deuterium gas and the start-up of the double-polarized research phase of the pn-program at ANKE. It will include measurements of the vector and tensor polarizations of the deuterium gas target by nuclear reactions. The dependence of the polarization along the storage cell will have to be measured as well. For more details see: http://www2.fz-juelich.de/ikp/anke/en/proposals.shtml Kontaktpersonen: Dr. David Chiladze ([email protected]), Dr. Andro Kacharava ([email protected]) 3. Investigation of Parity Violation due to the Weak Force at low Momentum Transfer by Observation of Direct Transitions between different Hyperfine-Sub-states of Hydrogen or Deuterium Atoms. Abstract: In the Breit-Rabi diagram of the Hydrogen (Deuterium) atom, i.e. the binding energy of the electron as a function of an external magnetic field, level crossings exist between the hyperfine sub-states of the 2S1/2 and the 2P1/2 states at 56 and 120 mT. Due to the different quantum numbers direct transitions of atoms in these states are partially allowed, but forbidden by parity conservation. However, for the S-states the electron can be found inside the nucleus. Therefore, the weak nuclear force also contributes to the binding energy of these electrons. Due to this, the parity violation of the weak force allows these direct transitions with a small branching ratio. Using the components of an existing Lamb-shift polarimeter (LSP) at IKP of FZJ it is possible to produce a beam of up to 1014 meta-stable atoms in single hyperfine sub-states to induce these transitions at different magnetic fields. An efficient observation of the atoms in different sub-states behind the LSP allows to determine the spin and spin-independent coupling constants of the weak force for protons and neutron and, therefore, the Weinberg angle at low momentum transfer. For this project several components need to be designed, built and tested within a Bachelor or a Master thesis: - An ECR-Ionizer for the production of an intense proton beam from Hydrogen gas; - So called “transition units” to induce transitions within the 2S hyperfine substates; - A device to induce transitions from ground-state Hydrogen atoms by electron-impact to meta-stable atoms in the state 2S; or - A photo-ionization chamber to increase the efficiency of the Lyman-α detection system. Kontaktperson: Dr. Ralf Engels ([email protected]), Tel. 02461-613618 4. Erzeugung hochenergetischer Protonen in laserinduzierten Plasmen Abstract: Bei der Wechselwirkung von extrem intensivem Laserlicht (I > 1019 W/cm2) mit dünnen Folien kann ein signifikanter Anteil der Laserenergie zur Beschleunigung hochenergetischer Ionen genutzt werden. Durch geeignete Wahl der Targetmaterialien und -geometrien wurden so bereits gebündelte Protonenstrahlen mit Energien von einigen 10 MeV hergestellt. Solche Protonenstrahlen versprechen viele wissenschaftliche, technische und medizinische Anwen-dungen. Zu ihrer Herstellung mittels "konventioneller" Beschleunigertechnik werden derzeit z.B. Zyklotrons mit einem Gewicht von mehreren 100 Tonnen verwendet. Aufgrund der extrem hohen elektrischen Feldstärken (~1013 V/m) in den lasererzeugten Plasmen können in diesen vergleichbare Protonenenergien auf Beschleunigungsstrecken von deutlich unter einem Millimeter erzielt werden. Obwohl der Nachweis der prinzipiellen Machbarkeit von laserinduzierter Protonenbeschleu-nigung bereits erbracht wurde, verbleiben noch viele grundlegende und technologische Hürden bis zu den erhofften Anwendungen. Einige dieser Fragestellungen sollen im Rahmen der hier ausgeschriebenen Arbeit(en) geklärt werden. Eine Arbeit kann einen der folgenden Themen-bereiche abdecken: - Optimierung der Targetmaterialien und –geometrie; - Messung wichtiger Parameter der Plasmen, wie z.B. Magnetfelder; - Aufbau eines ortsauflösenden Echtzeit-Ionisationszählers für die beschleunigten Protonen; - Messung der Winkel- und Energieverteilungen der beschleunigten Protonen; oder - Durchführung von MC-Simulationsrechnungen zur Optimierung der Detektorsysteme. Kontaktperson: PD Dr. Markus Büscher ([email protected]) 5. Suche nach Zeitumkehrinvarianz-Verletzung an COSY Abstract: Zeitumkehrinvarianz ist eine von drei grundlegenden Symmetrien der Natur. Wir haben mit den Vorberei-tungen für den Zeitumkehrinvarianz Test am Kühlersynchrotron (COSY) in Jülich bereits begonnen. Eine präzise Strommessung des in dem Beschleuniger umlaufenden Strahls gehört dabei zu den Kernaufgaben des Experiments, die mit zwei verschiedenen Methoden durchgeführt wird. Für die Unterstützung des Projekts suchen wir eine/n Master-Studentin/Studenten. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Optimierung eines Datenaufnahmesystems, welches zu den bereits vorhandenen Systemen an COSY kompatibel ist. Kontaktperson: Dr. Yury Valdau ([email protected])