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])