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Kollektiver Fluß in Schwerionenkollisionen - Deduktion elementarer Eigenschaften angeregter Kernmaterie (1995)

Sven Soff

Abschließend sollen hier die wichtigsten, neuen Ergebnisse herausgestellt und ein Ausblick auf mögliche zukünftige Studien gegeben werden. In dieser Arbeit wurden vorwiegend Schwerionenkollisionen bei Einschußenergien zwischen ungefähr 40 MeV/Nukleon und 400 MeV/Nukleon mit dem Quantenmolekulardynamik-Modell untersucht. Ein Schwerpunkt war hierbei die Beschreibung der Umkehr des kollektiven, transversalen Seitwärtsflusses in der Reaktionsebene. Der negative Seitwärtsfluß, der bei niedrigen Energien der Größenordnung kleiner als 100 MeV/Nukleon durch die attraktiven Wechselwirkungen verursacht wird, verschwindet bei Steigerung der Einschußenergie bei der Balance-Energie E-bal. einsetzt. Oberhalb dieser dominieren die repulsiven Wechselwirkungen, so daß positiver transversaler Fluß einsetzt. Sowohl die negativen Flußwinkel als auch der Übergang hin zu positiven Flußwinkeln konnte fur eine große Anzahl verschiedener Energien und Stoßparameter mit unterschiedlichen Zustandsgleichungen für die Systeme 40-20-Ca + 40-20-Ca und 197-79 Au + 197-79 Au mit dem Quantenmolekulardynamik-Modell beschrieben werden. Ziel muß es bleiben, die verschiedenen, grundlegenden physikalischenWechselwirkungen eindeutig und unabhängig voneinander zu bestimmen. Ein erfolgversprechender Weg sind die hier vorgestellten Methoden und die Hinweise zur ad quaten Interpretation experimenteller Ergebnisse. Die Abhängigkeit der Balance-Energien von der Masse des betrachteten Systems ist sehr sensitiv auf den Nukleon-Nukleon Wirkungsquerschnitt im Medium. Hier wurde systematisch gezeigt, daß die Balance-Energien stark vom Stoßparameter abhängen. Die Zunahme der Balance-Energie mit dem Stoßparameter ist ungefähr linear. Für das System Ca+Ca kann sich die Balance-Energie beim Übergang von zentraleren zu mittleren Stoßparametern mehr als verdoppeln. Daher ist für die Interpretation der gemessenen Balance-Energien in bezug auf eine Modifikation des nukleo- nischen Wirkungsquerschnitts im Medium oder der Zustandsgleichung eine genaue Kenntnis des Stoßparameters von größter Wichtigkeit. Vorläufige experimentelle Analysen scheinen die vorhergesagte Stoßparameterabhängigkeit sehr gut zu bestätigen [Wes 95]. Weiterhin hat sich herauskristallisiert, daß bei der Berücksichtigung impulsabhängiger Wechselwirkungen die Balance-Energien bei größeren Stoßparametern signifikant kleiner sind als für den Fall der Nichtberücksichtung. Daher konnten experimentelle Bestimmungen der Balance- Energien bei größeren Stoßparametern signifikante Hinweise auf die tatsächliche Bedeutung der impulsabhängigen Wechselwirkungen in diesem Energiebereich geben. Es wurde gezeigt, daß für schwere Systeme wie Au+Au die langreichweitige internukleare Coulomb-Wechselwirkung vor dem Kontakt der Kerne im Energiebereich der Balance-Energien nicht vernachlässigt werden darf. Die hervorgerufene Repulsion bewirkt eine Drehung des Systems. Während in diesem gedrehten System dynamischer negativer Fluß beobachtbar ist, ist er es nicht im Laborsystem. Die im gedrehten Kontaktbezugssystem bestimmten Balance- Energien fur Au+Au sind erwartungsgemäß kleiner als für Ca+Ca und nehmen mit wachsendem Stoßparameter zu. Ein neuartiger Zwei-Komponenten-Fluß konnte in semiperipheren Kollisionen von Ca+Ca be- schrieben und analysiert werden. Dabei wird in einem Ereignis in verschiedenen Rapiditätsbereichen gleichzeitig positiver und negativer transversaler Fluß möglich. Die wenig komprimierte Spektatorenmaterie, die vermehrt aus schwereren Fragmenten besteht, zeigt negativen Fluß bei großen Rapiditäten, wohingegen dieKompressionszone in Form von einzelnen Nukleonen positiven transversalen Fluß zeigt. Aufgrund der großen Sensitivität gegenüber den Systemparametern und der Zustandsgleichung lohnt es sich, diesen Effekt experimentell zu untersuchen. Beim Studium azimuthaler Verteilungen wurde deutlich, daß auch in den Balance-Punkten noch kollektiver Fluß in Form von azimuthaler Asymmetrie vorliegt. Im Gegensatz zur bekannten hochenergetischen Bevorzugung der Emissionswinkel senkrecht zur Reaktionsebene für Teilchen aus der Wechselwirkungszone wurde hier die bei kleineren Energien preferentielle Emission in die Reaktionsebene aufgezeigt. Diese nimmt mit der Teilchenmasse und dem Stoßparameter zu. Das systematische Studium der Anregungsfunktion dieser azimuthalen Asymmetrie könnte durch die Übergangsenergien, die durch den Wechsel von der preferentiellen Emission in die Reaktionsebene zu der Bevorzugung der Winkel senkrecht zur Reaktionsebene definiert sind, wertvolle, ergänzende Information zu den Balance-Energien liefern.

Photophysics, electronic structure and picosecond excited-state dynamics of boron-nitrogen-bridged ferrocene-donor organic-acceptor charge-transfer compounds (2004)

Mark David Thomson

HBT interferometry and the parton-hadron phase transition (2002)

Sven Soff

Invited talk at the International Workshop XXX on Gross Properties of Nuclei and Nuclear Excitations - Ultrarelativistic Heavy-Ion Collisions, Jan. 13-19, 2002, Hirschegg, Austria. Report-no: LBNL-49674. We discuss predictions for the pion and kaon interferometry measurements in relativistic heavy ion collisions at SPS and RHIC energies. In particular, we confront relativistic transport model calculations that include explicitly a first-order phase transition from a thermalized quark-gluon plasma to a hadron gas with recent data from the RHIC experiments. We critically examine the "HBT-puzzle" both from the theoretical as well as from the experimental point of view. Alternative scenarios are briefly explained.

Predictions from microscopic models on particle correlations at RHIC (2003)

Sven Soff

Invited talk at the XXXIII International Symposium on Multiparticle Dynamics, Krakow, Poland, 5-11 Sept, 2003. 5 pages, 1 figure Journal-ref: Acta Phys.Polon. B35 (2004) 23-28. We review the recent developments on microscopic transport calculations for two-particle correlations at low relative momenta in ultrarelativistic heavy ion collisions at RHIC.

News on strangeness at ultrarelativistic energies - review of microscopic models (2003)

Sven Soff

Invited talk at the 7th International Conference on Strangeness in Quark Matter, SQM 2003, Atlantic Beach, North Carolina, USA, 12-17 Mar, 2003. 11 pages, 12 figures. Journal-ref: J.Phys. G30 (2004) S139-S150. We review recent developments in the field of microscopic transport model calculations for ultrarelativistic heavy ion collisions. In particular, we focus on the strangeness production, for example, the phi-meson and its role as a messenger of the early phase of the system evolution. Moreover, we discuss the important e ects of the (soft) field properties on the multiparticle system. We outline some current problems of the models as well as possible solutions to them

Ionenerzeugung mit Hochdruck-Mikroentladungen (2002)

Sven Schößler

Die im Rahmen dieser Diplomarbeit entwickelte sehr einfach und kompakt aufgebaute Mikro-Ionenquelle basiert auf einer Mikro-Struktur-Elektrode (MSE). Mit dieser lässt sich bei einer Betriebsspannung von wenigen 100 Volt eine stabile Hochdruck-Glimmentladung erzeugen. Das Betriebsgas durchströmt die MSE-Pore und expandiert anschließend adiabatisch ins Vakuum, wobei die interne Temperatur des Strahls herabgesetzt wird. Der Vordruck des Gases kann bei dem vorhandenen Aufbau zwischen wenigen 100 hPa und etwa 0,5 MPa liegen. Mit einem ähnlichen Aufbau, jedoch mit deutlich größerer Saugleistung der Vakuumpumpen, konnte selbst bei Vordrücken über 3 MPa noch eine Entladung mit gleichen Eigenschaften betrieben werden. Es wurde gezeigt, dass Ionen durch Diffusion sowie die starke Gasströmung in der MSE-Pore aus dem Plasma extrahiert werden. Eine zusätzliche Beschleunigungsspannung zeigt einen deutlichen Einfluss auf die Formierung eines Ionenstrahls. Es kann ein schmaler Strahl mit maximal einigen mm Durchmesser erzeugt werden. Die Mikroentladung lässt sich mit zahlreichen Gasen betreiben. Erfolgreich getestet wurden Helium, Neon, Argon, Stickstoff und normale Luft sowie Mischungen davon. Auch eine Beimischung von Wasserstoff ist möglich und eröffnet die Erzeugung beispielsweise von molekularen HeH+-Ionen. Zur Extraktion der Ionen kann eine Beschleunigungsspannung von bis zu 5 kV angelegt werden. Der Ionenstrahl wird über ein differenzielles Pumpsystem durch einen Skimmer ins Hochvakuum überführt und dort analysiert. Es entstehen sowohl einfach als auch doppelt geladene Ionen. Bei einem Entladestrom von wenigen mA lässt sich ein Strom von bis zu 3 mA (ohne Sekundärelektronen-Unterdrückung) auf dem Skimmer messen. Die Stromdichte des Strahls ist jedoch zu hoch, um mit der verwendeten einfachen Diodenextraktion den gesamten Strom durch den Skimmer zu transportieren. Nur ein Anteil von ca. 1/50 bis 1/30 des gesamten Ionenstroms kann den Skimmer passieren. Hinter dem Skimmer liegt der Strom zwischen einigen 100 nA und einigen 10 µA. Durch Optimierung der Extraktionsgeometrie sollte hier eine deutliche Erhöhung erreicht werden. Im normalen Betrieb wird mit einem Entladestrom von 1-2 mA gearbeitet. Zum einen ist hier bereits, wie eben erwähnt, die maximale Stromdichte erreicht, die durch den Skimmer transportiert werden kann. Zudem sinkt mit steigendem Strom die Haltbarkeit der MSE-Elektroden aufgrund verstärkten Sputterns erheblich, auch dies spricht gegen einen Betrieb mit hohem Plasmastrom. Der maximale bisher erreichte Entladestrom in einem MSE-Plasma beträgt 50 mA. Der Elektrodenabtrag begrenzt momentan die Betriebsdauer einer MSE auf wenige Stunden. Durch die Einführung von Wolfram-Elektroden konnte bereits eine deutliche Steigerung der Haltbarkeit erreicht werden, für eine sinnvolle Anwendung der Ionenquelle muss jedoch noch eine Weiterentwicklung der MSE stattfinden. Dass sich der Kühleffekt aufgrund der adiabatischen Expansion auf im Plasma erzeugte metastabile He*-Atome auswirkt, wurde im Rahmen einer zweiten Diplomarbeit zum Thema Plasmajet gezeigt. Mit einem Aufbau nach demselben Prinzip, jedoch ohne Extraktionsspannung, wurde eine Apparatur zur Erzeugung eines spinpolarisierten metastabilen Helium-Targets realisiert [Jahn2002]. Es wurde gezeigt, dass zum einen der Energieeintrag ins Gas durch die Entladung sehr gering ist. Es handelt sich also beim MSE-Hochdruck- Plasma tatsächlich um eine nichtthermische Entladung. Zum anderen konnte in ergänzenden Flugzeitmessungen gezeigt werden, dass die Geschwindigkeitsverteilung der Metastabilen der eines herkömmlichen Gasjets entspricht. Der Kühleffekt wirkt also auf die Metastabilen genauso wie auf Gasatome im Grundzustand, ohne dabei die Metastabilen abzuregen. Um die Geschwindigkeitsverteilung der Ionen zu untersuchen, ist die verwendete Methode jedoch nicht ohne weiteres anwendbar. Aufgrund der Coulomb- Abstoßung der Ionen weist der unbeschleunigte Ionenstrahl eine starke Divergenz auf. Die Intensität des Ionensignals auf dem Detektor ist somit äußerst gering, was eine Flugzeitmessung kaum sinnvoll erscheinen lässt. Mit den vorhandenen Diagnosemethoden konnte daher ein Kühleffekt aufgrund der adiabatischen Expansion auf die Ionen nicht verifiziert werden. Mit der Mikro-Ionenquelle wurde jedoch gezeigt, dass es eine Wechselwirkung zwischen Ionen und Gasjet gibt: versucht man, die Ionen mit einer Extraktionsspannung zu beschleunigen, so erfahren sie aufgrund zahlreicher Stöße mit den langsameren Gasteilchen einen massiven Energieverlust. Man erhält einen Ionenstrahl mit stark verbreiterter Energieverteilung. Dies zeigt, dass sich die Ionen im Bereich hoher Dichte mit dem Jet bewegen. Stört man die Expansion, indem man die Ionen mittels der Beschleunigungsspannung aus dem Jet herausreißt, so erfahren sie durch die Wechselwirkung mit den Atomen im Jet einen erheblichen Energieverlust. Es ist daher zu vermuten, dass auch die Ionen gekühlt werden. Misst man mit Hilfe eines Quadrupol-Massenspektrometers das Spektrum von nicht beschleunigten Ionen, so erhält man scharfe Peaks, es tritt also kein Energieverlust auf. Zur Messung des Geschwindigkeitsprofils eignet sich diese Methode jedoch nicht. Es ist daher sinnvoll, in Zukunft mit einer entsprechend angepassten Apparatur auch für die Ionen eine Flugzeitmessung durchzuführen. Die schlechte Energieschärfe des Ionenstrahls ist ein erheblicher Nachteil für viele Anwendungen. Für zukünftige Weiterentwicklungen der Mikro- Ionenquelle muss eine geeignetere Extraktionsgeometrie gefunden werden. Eine Möglichkeit wäre, die Ionen mit dem Gasjet mitfliegen zu lassen und in größerem Abstand zu beschleunigen, wenn die Dichte im Jet stark abgefallen ist. In diesem Fall muss man jedoch eine sinnvolle Lösung für Größe und Position des Skimmers finden oder klären, ob auf einen Skimmer vollständig verzichtet werden kann. Es könnte bei dieser Lösung hilfreich sein, die Raumladungsdichte im Ionenstrahl durch Überlagerung mit einem Elektronenstrahl zu reduzieren und so die Divergenz des Strahls zu verringern. Man könnte die Divergenz auch verringern, indem man den Ionenstrahl durch ein Magnetfeld einschließt. Hierbei provoziert man aber vermutlich durch die Spiralbewegung der Ionen zusätzliche Stöße mit dem Jet. Denkbar wäre auch, die Ionen mit Hilfe elektrischer Felder aus dem Gasjet herauszulenken und anschließend zu beschleunigen. Bekommt man das Problem des Energieverlusts in den Griff, so erhält man eine leistungsfähige Ionenquelle, die ein großes Potential für Anwendungen bietet. Der kompakte Aufbau ermöglicht einen Verzicht auf Wechselspannungen, Mikrowellenstrahlung sowie magnetischen Einschluss. Da es sich um eine Gleichspannungsentladung mit wenigen Watt Leistung handelt, ist ein sehr energieeffizienter Betrieb möglich. Die gemessenen Ionenströme zeigen, dass eine Hochdruckentladung auf der Basis von MSE eine hohe Ionisationseffizienz aufweist. Der hohe Arbeitsdruck ermöglicht eine große Ausbeute an molekularen Ionen. Gelingt es, den Kühleffekt des Gasjets auf die Ionen zu nutzen, so erzeugt man einen Ionenstrahl mit sehr niedriger interner Temperatur, der für atomphysikalische Experimente interessant ist. Zudem ließe sich ein solcher Strahl auf sehr kleine Durchmesser fokussieren, was eine hohe Genauigkeit etwa bei Oberflächenmodifikationen erlaubt. Die Untersuchungen im Bereich Gasanalytik haben gezeigt, dass Hochdruckentladungen hier eine Alternative zu den herkömmlichen, auf Niederdruckentladungen basierenden, Messverfahren darstellen. Die sehr guten Nachweisgrenzen für Freon in Kombination mit dem einfachen und kompakten Aufbau sprechen für die Hochdruckentladung. Jedoch muss für eine sinnvolle Nutzung die Haltbarkeit der MSE noch deutlich erhöht werden.

Ionisation und Anregung von Wasserstoff- und Deuteriummolekülen mit Synchrotronstrahlung (2003)

Lutz Foucar

In dieser Arbeit wurden Ergebnisse der Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung, welche mit Hilfe der COLTRIMS-Methode gewonnen wurden, an Wasserstoff H2 und Deuterium D2 vorgestellt. Dabei wurde im Besonderen der Zerfall von doppelt angeregten repulsiven Zuständen der Moleküle betrachtet. Die Dissoziation der Moleküle, die auf solche Zustände angeregt worden sind, beginnt sofort. Zu einem gewissen Zeitpunkt findet die Autoionisation statt, dabei spiegelt die Aufteilung der Gesamtenergie auf KER und Elektronenenergie direkt den internuklearen Abstand der Kerne wider. So kann der Zeitpunkt der Autoionisation bestimmt werden. Die Messung der KERs entspricht hierbei dem Ablesen einer Stoppuhr, die bei der Absorption des Photons gestartet wurde. Die Autoionisation wird durch die Bewegung der Nukleonen induziert, weshalb die Autoionisationsbreite stark vom internuklearen Abstand abhängt. Dies zeigt sich in den beobachteten Strukturen der KER-Verteilung. In dieser Arbeit konnte erstmals auch die Winkelverteilung der Autoionisations- Elektronen gemessen werden. Dabei wurde eine starke Abhängigkeit vom KER und damit vom Zerfallskanal beobachtet. Bei einer Photonen-Energie von 30 eV zeigte sich ein deutlicher Isotopeneffekt bei Wasserstoff. Dieser kann nicht durch direkte Ionisation erklärt werden. Deshalb wird angenommen, dass durch Autoionisation hervorgerufen wird. Hierbei spielen die unterschiedlichen Massen der Isotope eine Rolle. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Autoionisation der beiden Isotope bei unterschiedlichen Kernabstnden stattfand. Die gezeigten Winkelverteilungen wurden nicht erklrt. Bei einer Photonen-Energie von 36 eV wurden die KER-Spektren von Wasserstoff und Deuterium untersucht. Die KER-Spektren, in welchen erstmals die Endzustnde H+ + H(n = 1) und H+ + H(n = 2) voneinander getrennt werden konnten, zeigten eine ausgeprägte Struktur. Die Mechanismen, die einzelne Maxima in den Strukturen hervoruft, wurden ausführlich dargestellt. Bei der Untersuchung wurden die Winkelverteilungen für diese Maxima im KER-Spetrum zu Hilfe genommen. Die gemessenen Winkelverteilungen spiegeln den Drehimpuls des emittierten Elektrons wider. In den Ergebnissen sind überraschende und bisher noch nicht erklärte Beitrge von delta-ml = +/- 2 beobachtet worden. Es wurden die Winkelverteilungen von emittierten Elektronen bei Ereignissen, die im Endzustand H+ +H(n = 2) enden, für verschiedene Photonen-Energien untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Winkelverteilungen bei niedrigen Photonen-Energien um 36 eV anisotrop, mit einem Maximum entlang der molekularen Achse, sind. Bei zunehmenden Photonen-Energien werden die Winkelverteilungen um ca. 45 eV isotrop. Bei höheren Energien werden sie wieder anisotrop, weisen hier jedoch ein Maximum entlang der Polarisationsachse auf. Die Ergebnisse wurden mit denen von Ito et al. [ito00], welcher nur Photonen-Energien im Bereich von 45 eV bis 72 eV untersuchte, verglichen. Sie stimmen sehr gut berein, was darauf zurckschlieen lsst, dass die beobachteten Verteilungen hauptschlich durch direkte Photoionisation auf die angeregten Zustände und des H+2 -Ions erklären lassen. Die um 36 eV beobachtete Anisotropie könnte durch die nicht hundertprozentige Polarisation des Photonenstrahl der Beamline hervorgerufen worden sein.

Analyse von digitalisierten Germanium-Detektorsignalen (1994)

Ingo Peter

In der vorliegenden Arbeit wurden die Signalformen eines großvolumigen Germanium- Detektors analysiert, mit dem Ziel, den primären Wechselwirkungsort des Photons im Detektor zu bestimmen. Die experimentellen Voraussetzungen dazu bestehen erst seit der Entwicklung schneller Analog-Digital-Wandler, mit denen man in der Lage ist, Detektorsignale direkt nach dem Vorverstärker zu digitalisieren und somit einer genauen Analyse zu unterziehen. Im experimentellen Teil der Arbeit wurden dazu die von einem großvolumigen p-Typ HPGe-Detektor der "koaxial einseitig geschlossenen" Bauart gelieferten Signale abgetastet und digitalisiert. Synchron dazu wurde die Energie mit Analogelektronik gemessen. Die Messungen wurden für verschiedene Energien in Abhängigkeit vom Auftreffort des g-Quants auf dem Detektor durchgeführt. Dabei wurde der Detektor mit g- Quellen im Energiebereich bis 700keV an verschiedenen Positionen kollimiert bestrahlt. Zu den Messungen wurden Simulationsrechnungen durchgeführt, die sich in zwei Schritte gliederten. Im ersten Schritt wurden mittels des Monte-Carlo-Simulationsprogramms GEANT die Wechselwirkungsorte und die dort deponierten Energien eines g-Quants in einem Germanium-Detektor ermittelt. Im zweiten Schritt wurden daraus, unter Berücksichtigung der Detektorgeometrie und des dadurch vorgegebenen elektrischen Feldes, die Pulsformen berechnet. Aus der Anpassung der Rechnungen an die experimentellen Daten konnte über die Variation des einzigen freien Parameters der Ladungsträgerkonzentration, eine sehr gute Übereinstimmung der Anstiegszeitenverteilungen erzielt werden. Die Ladungsträgerkonzentration ließ sich damit mit einer Genauigkeit von 33% bestimmen. Durch eine Analyse der gemessenen digitalisierten Pulsformen konnte der Einstrahlort mit einer Wahrscheinlichkeit von 75,20% bestimmt werden. Dazu ist nur die Messung zweier Zeiten, der Zeit zwischen 10% und 30% der Pulshöhe und der Zeit zwischen 10% und 90% der Pulshöhe, notwendig. Die Ortsauflösung variierte dabei zwischen 4,1mm und 7,5mm. Mit Hilfe der Simulation konnten die Detektorbereiche identifiziert werden, für die eine eindeutige Zuordnung der Pulse zum Einstrahlort gelingt. Darauf aufbauend bietet die Simulation die Möglichkeit, neue Detektorgeometrien im Hinblick auf ihre Eigenschaften zur Bestimmung des Einstrahlortes zu entwickeln. Durch die Bestimmung des Einstrahlortes eines g-Quants auf dem Detektor läßt sich eine Dopplerkorrektur bei der Energiemessung von im Flug emittierten g-Quanten durchführen, die in einer deutlich verbesserten Energieauflösung resultiert.

Untersuchung zum Strahlfunneling (2004)

Holger Zimmermann

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung, Aufbau und Inbetriebnahme eines Funnelsystems zur Zusammenführung zweier Teilchenstrahlen, bestehend aus zwei Injektionssystemen, zwei RFQ-Beschleunigern, Hochfrequenz-Deflektoren und Diagnoseeinheiten. Die Aufgabe des Experiments ist die praktische Umsetzung eines neuartigen Verfahrens zur Strahlstromerhöhung bei im Idealfall gleichbleibender Emittanz und steigender Brillanz. Notwendig wird dies durch die benötigten hohen Strahlströme im niederenergetischen Bereich einiger zukünftiger geplanter Beschleunigeranlagen. Hier kann der Strahlstrom nicht mehr konventionell von einer einzigen Ionenquelle erzeugt werden. Nur durch die Parallelerzeugung mehrerer Teilchenstrahlen sowie mehrfachem Zusammenführen (Funneling) der Teilchenstrahlen ist es möglich, die notwendigen Strahlströme bei der geforderten kleinen Emittanz zur Verfügung zu stellen. Das Frankfurter Funneling-Experiment ist die skalierte erste HIDIF-Funneling-Stufe als Teil eines Fusionstreibers. Hier werden zwei möglichst identische Helium-Teilchenstrahlen von zwei Ionenquellen erzeugt und in zwei RFQ-Beschleunigern beschleunigt. Der Deflektor biegt die Teilchenstrahlen reißverschlussartig auf eine gemeinsame Strahlachse. Am Anfang der Arbeit stand die Optimierung des Betriebs der Beschleunigerkomponeten und die Entwicklung und der Aufbau eines Einzellendeflektors. Erste erfolgreiche Strahlexperimente zur Strahlvereinigung werden im Kapitel 7.5 vorgestellt. Die Phasenraumellipse des zusammengeführten Strahls zeigt starke bananenförmige Deformierungen, die auf eine schlechte Anpassung des RFQ an den Funnel-Deflektor zurückzuführen sind. Das Elektrodendesign des RFQ ist in zwei unabhängige Bereiche unterteilt. Die erste Zone dient der Beschleunigung der Teilchen. In der zweiten Zone soll erstmals ein sogenannter 3D-Fokus der Strahlradien der x- und y-Ebene und einer longitudinaler Fokussierung erreicht werden. Der zweite Abschnitt bestand für erste Strahltests aus zunächst unmodulierten Elektroden. Zur besseren Anpassung des RFQ an den Funneldeflektor wurde dann das letzte Elektrodenteil erneuert. Der Umbau erfolgte zunächst nur bei einem der beiden RFQ-Beschleuniger. Somit war der direkte Vergleich zwischen altem und neuen Elektrodendesign im Strahlbetrieb möglich. Mit diesem neuen Elektrodenendteil wurde eine Reduktion der Strahlradien der x- sowie y-Ebene, eine bessere longitudinalen Fokussierung sowie eine höhere Transmission erreicht (Kapitel 8). Damit ist es erstmals gelungen mit einer speziellen Auslegung der RFQ-Elektroden eine direkte Anpassung an nachfolgende Elemente zu realisieren. Untersuchungen zur Strahlzusammenführungen werden seit einigen Jahren am Institut durchgeführt. Mit der Entwicklung des 3D-matchers wurde ein weiteres der kritischen Probleme gelöst. Der Umbau des zweiten Beschleunigers findet zur Zeit statt. Nach der Inbetriebnahme werden Funneling-Experimente mit dem Einspalt- und einem neuem Vielspaltdeflektor folgen.

Eigenschaften von kompakten Sternen in QCD-motivierten Modellen (2004)

Matthias Hanauske

Kompakte Sterne stellen neben weissen Zwergen und schwarzen Löchern eine der möglichen Endzustände der Evolution von Sonnen dar. Diese extrem dichten astrophysikalischen Objekte können als Restobjekte von massiven Sternen im Zentrum von Supernova-Explosionen entstehen. Allein in unserer Galaxie sind derzeit ca. 1500 solcher Objekte bekannt. Die Materie innerhalb der kompakten Sterne stellt neben der frühen Urknall-Phase, die dichteste, uns zugängliche Energieform im gesamten Universum dar; sie beschreibt den letzten stabilen Zustand bevor die Materie unaufhaltsam kollabiert und durch die Bildung eines Ereignishorizontes von der Aussenwelt abgetrennt wird. Die Eigenschaften der kompakten Sterne werden massgeblich durch zwei fundamentale Kräfte bestimmt: Die Quanten-Chromodynamik (QCD), die den Kräfteaustausch der elementaren Quarks durch farbgeladene Gluonen beschreibt, und die Allgemeine Relativitätstheorie, die die attraktive, gravitative Wechselwirkung der Sterne durch eine Verformung ihrer raumzeitlichen Struktur formuliert. In den ersten beiden Kapiteln der vorliegenden Arbeit wird zunächst die derzeitige Theorie der elementaren Wechselwirkungen mittels einer eichtheoretischen Formulierung beschrieben. Astrophysikalische Folgerungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, wie die Raumzeitkrümmung innerhalb und ausserhalb kompakter Sterne und die Theorie schwarzer Löcher werden im Detail diskutiert und mittels dreidimensionaler Diagramme veranschaulicht. Im dritten Kapitel werden die numerisch erhaltenen Resultate der Eigenschaften der kompakten Sterne zusammengefasst und in folgende Gruppen untergliedert: Neutronensterne, Quarksterne, hybride Sterne und Zwillingssterne. Die mögliche Realisierung des Quark-Gluon-Plasmas im Inneren der kompakten Sterne wird diskutiert. Anhand von existierenden und zukünftig geplanten astrophysikalischen Beobachtungsmöglichkeiten (z.B. Gravitationswellendetektoren) wird die experimentelle Überprüfbarkeit der dargestellten Ergebnisse aufgezeigt.

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