KHuK Jahrestagung 2011 Bericht zu COSY Dezember 2011 | Hans Ströher

COSY (Cooler Synchrotron) Foto des Rings aus der Aufbauphase

Die Maschine für Spinphysik mit hadronischen Sonden COSY – wesentliche Parameter (Polarisierte) Proton-, Deuteron-Strahlen mit Impulsen < 3.7 GeV/c Phasenraum-Kühlung (Elektron-, Stochastisch) Interne und externe Experimente Die Maschine für Spinphysik mit hadronischen Sonden 3

Status, mittel- und langfristige Pläne Vortragsübersicht Laufendes Physikprogramm (ANKE, TOF, WASA) Spin Physik an COSY Vorarbeiten für FAIR (HESR und PANDA) Entwicklungsarbeiten (PAX, JEDI) Status, mittel- und langfristige Pläne 4

Hadronenphysik mit hadronischen Sonden Laufendes Physikprogramm Detektorsysteme im Ring und am extrahierten Strahl: WASA COSY ANKE TOF Injektorzyklotron Hadronenphysik mit hadronischen Sonden

Herausforderung an existierende Modelle; wichtig für Kern-Kern Aktuelle Resultate (1) ANKE f-Meson und (K+K-) Produktion in Kernen: pA  f X  (K+K-) X „Transparency“-Verhältnis R = TA/TC als Funktion des f-Impulses:  Modellabhängige Analyse: Mediumeffekte Vergrößerung der f- Breite im Medium ~ 1 Größenordnung Vergrößerung der f- Absorption (14  20 mb) Herausforderung an existierende Modelle; wichtig für Kern-Kern 6

Aktuelle Resultate (2) TOF (Lp)-Streulänge aus p p  K+p L ( p p-) Akzeptanz-korrigierte Zählrate Analysierstärke als Funktion der (pL) inv. Masse: (für gesamten Bereich!): S0-Cusp A y (90°) FSI Effektive Streulänge Für kleine (pL) inv. Masse: Sensitivität auf Spin-Triplett Anteil Test Methode  hohe Statistik (2011) [alternativ: Doppelpolarisation (ANKE)] 7

„ABC-Resonanz“ im I=0 Kanal: M ~ M(DD) – 80 MeV ; G ~ ¼ G(DD) Aktuelle Resultate (3) WASA „ABC Effekt“ in der 2-Pion Produktion in NN  d pp pn  dp0p0 (I=0) pp  dp+p0 (I=1) DD „ABC-Resonanz“ im I=0 Kanal: M ~ M(DD) – 80 MeV ; G ~ ¼ G(DD) 8

„Spin“ an COSY Existierende Ausstattung für Polarisationsphysik: RF Solenoid Spinflipper: RF Dipol ANKE-ABS LSP EDDA PAX-ABS BRP HEP Polarisierte Quelle LS-Polarimeter Niederenergie Polarimeter (LEP) Bestellung einer „Sibirische Schlange“ (longitudinale Polarisation) 9

Gemeinsame Analyse: 4Np Kontaktterm (über cPT-LEC „d“) Aktuelle Resultate (4) Pion-Produktion mit Di-Proton ({pp}s ; Epp < 3 MeV) Endzustand ANKE pp  {pp}s p0 pn  {pp}s p- TRIUMF Daten p- Daten CELSIUS Daten Gemeinsame Analyse: 4Np Kontaktterm (über cPT-LEC „d“) 10

Aktuelle Resultate (5) ANKE Präzisionsmessung der h Masse aus d+p  3He h Strahlimpuls (künstliche Spinresonanz) h Impuls 11

Resultat  keine Diskrepanz mehr zwischen „Reaktionen“ und „Zerfällen“ Aktuelle Resultate (5) ANKE Präzisionsmessung der h Masse aus d+p  3He h Resultat  keine Diskrepanz mehr zwischen „Reaktionen“ und „Zerfällen“ 12

SCT für gekühlten COSY Strahl (ohne Optimierung) > 50 s Aktuelle Resultate (6) EDM Untersuchung der Spin-Kohärenzzeit (SCT) in COSY mit d-Strahl Ursprüngliche Polarisation  Wieder hergestellte Polarisation 5 s 25 s 5 s Spinflipper RF-Solenoid an Spinflipper aus: Dekohärenz Zeitintervall Spinflipper an SCT für gekühlten COSY Strahl (ohne Optimierung) > 50 s 13

Komponententests; COSY Hochenergie e-Kühler 1. Stufe für HESR Vorarbeiten für HESR Entwicklungen an COSY: Stochastischer Kühltank Barrier Bucket Kavität Elektronen- Kühler (2 MV) Budker-Institut (Novosibirsk) Tests 2011 Lieferung I/2012 Komponententests; COSY Hochenergie e-Kühler 1. Stufe für HESR 14

Vorarbeiten für FAIR Detektoren COSY als Test-Maschine: Pellet Target (WASA) Cluster Jet Target (ANKE) Pellet Target (Lab) Straw Det. (TOF) Straw Detektoren als zentraler PANDA-Tracker Komponententests an COSY (PANDA-Targets, Central Tracker) 15

Komponententests an COSY (CBM, PANDA) Vorarbeiten für FAIR Detektoren Aktueller Strahlzeitplan 2011/12: Komponententests an COSY (CBM, PANDA) 16

Zukunft: „Preassembly“ von PANDA-Teilen (TOF-Areal) Vorarbeiten für FAIR Detektoren CBM, PANDA CBM: Silizium Tracker Tests GEM Detektortests RPC ToF-Detektortests HADES: Diamantdetektor Tests PANDA: Straw-tube Tests Mikrovertex-Detektortests (Disk DIRC Tests) Zukunft: „Preassembly“ von PANDA-Teilen (TOF-Areal) 17

Vorarbeiten an COSY (p) für PAX-at-CERN/AD ( p ) Weiterführende Arbeiten Erzeugung von polarisierten Antiprotonen (PAX): ABS, BRP ANKE PAX „low-ß“ Vorarbeiten an COSY (p) für PAX-at-CERN/AD ( p ) 18

Vorarbeiten an COSY (p) [Aug. – Okt. 2011] für PAX-at-CERN/AD ( p ) Status PAX „Spin Filtern“ mit Protonen; schematisch Proton-“Stacking“ Injektion bei 45 MeV Elektronenkühlung an Beschleunigung auf 49.3 MeV (dauerhafte Elektronenkühlung) Start Spinfilter-Zyklus (16 000 s) an PAX PAX ABS aus, ANKE Cluster Target an Polarisationsanalyse (2 500 s) an ANKE; dabei: Spinflips mit RF Solenoid Neuer Zyklus mit verschiedenem Haltefeld (Polarisationsrichtung) Spin- flipper Vorarbeiten an COSY (p) [Aug. – Okt. 2011] für PAX-at-CERN/AD ( p ) 19

Vorarbeiten an COSY (p) [Aug. – Okt. 2011] für PAX-at-CERN/AD ( p ) Status PAX „Spin Filtern“ mit Protonen Statistik: 47 Polarisationszyklen (12 mit 12 000s, 37 mit 16 000s) Nur 3 Spinflips pro Zyklus (Flip-Effizienz nur ~ 96-98%) Erwartete Polarisationsrate: 0 (1%)  detaillierte Analyse ! CERN/AD Aufbau: Vorarbeiten an COSY (p) [Aug. – Okt. 2011] für PAX-at-CERN/AD ( p ) 20

Neu: EDMs von geladenen Teilchen (p, d, 3He) in Speicherringen Zukunftsperspektiven JEDI Jülich Electric Dipole Moment Investigations Motivation: Suche nach permanentem elektrischem Dipolmoment (EDM) S d (T)/CP-Verletzung Ursache für die Materie-Antimaterie Asymmetrie im Universum; Standardmodell-CP-Verletzung (Quark-Mischung im EW-Sektor) zu klein Neu: EDMs von geladenen Teilchen (p, d, 3He) in Speicherringen 21

Zukunftsperspektiven JEDI  COSY als Injektor für einen dedizierten EDM-Ring: Polarisierte Protonen, Deuteronen Strahlkühlung Spin-Manipulatoren Polarimeter + vorhandene Erfahrung „frozen spin“ dS/dt = d x E Polaristionsvektor entwickelt vertikale Komponente COSY bietet einzigartige Voraussetzungen für dieses Projekt 22

Vertikal polarisierter Zukunftsperspektiven JEDI  Vorläufer-Experiment an COSY: Effekt wird auf-akkumuliert  Sensitivität 0(10-24 e cm) Spinpräzession im Ring (* … Ruhesystem)  Idee: „RF-EB Struktur“: B*=0  EDM Effekt E*=0  kein EDM Effekt gespeicherter Strahl RF EB-Feld Vertikal polarisierter Strahl Polarimeter Sensitivität für Experiment mit dediziertem Speicherring: 0(10-29 e cm) 23

Zusammenfassung, Ausblick Zusammenfassung COSY hat ein vielfältiges laufendes Physik- programm (u.a. Spin-Physik, Symmetrien) COSY macht wesentliche Tests und Entwicklungen für HESR und PANDA und darüber hinaus (PAX) COSY ist die ideale Ausgangsbasis für einen EDM-Speicherring 24

Wissenschaftlicher Output 25

Herausforderung an existierende Modelle; wichtig für Kern-Kern Aktuelle Resultate (1) ANKE f-Meson und (K+K-) Produktion in Kernen: pA  f X  (K+K-) X „Transparency“-Verhältnis R = TA/TC als Funktion des f-Impulses: Modellabhängige Analyse: Vergrößerung der f- Breite im Medium Vergrößerung der f- Absorption Herausforderung an existierende Modelle; wichtig für Kern-Kern 26