Please use this identifier to cite or link to this item: https://openscience.ub.uni-mainz.de/handle/20.500.12030/4994
Authors: Kempf, Ruth Freya
Title: Stabilisation der Strahlparameter für das P2-Experiment an MESA
Online publishing date: 28-Jul-2020
Language : german
Abstract: Stabilisation der Strahlparameter für das P2-Experiment an MESA Am neuen Elektronenbeschleuniger Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator (MESA) am Institut für Kernphysik in Mainz soll mit dem P2-Experiment der elektroschwache Mischungswinkel sin²θ_W, auch Weinbergwinkel genannt, mit extremer Präzision von 0,14% anhand elastischer Elektron-Proton-Streuung mit longitudinal polarisierten Elektronen bestimmt werden. Der Weinbergwinkel ist ein Parameter der elektroschwachen Wechselwirkung und kann anhand der paritätsverletzenden Asymmetrie gemessen werden. Diese ergibt sich aus den unterschiedlichen Wirkungsquerschnitten für Elektronen positiver und negativer Helizität. Die Elektronenenergie wurde mit 140 MeV so gewählt, dass der Untergrund aus Boxgraphen mit dem Austausch jeweils zweier Bosonen unterdrückt wird. Allerdings ist aufgrund der geringen Strahlenergie die Differenz der Wirkungsquerschnitte extrem klein und die erwartete Asymmetrie von 30-40 ppb etwa eine Größenordnung kleiner als die kleinste jemals gemessene Asymmetrie bei polarisierter Elektron-Proton- Streuung. Die kleinen zu messenden Asymmetrien haben zur Folge, dass jede nicht- physikalische Asymmetrie, die von helizitätskorrelierten Schwankungen der Strahlparameter stammen, extrem präzise gemessen und stabilisiert werden muss. Eine präzise Messung der Parameterschwankungen und deren Stabilisierung hin zu einer gesamten apparativen Asymmetrie von wenigen ppb mit einer Unsicherheit von 0,1 ppb nach 10.000 Stunden Messzeit ist die Forderung der P2-Experimentatoren. Die Ergebnisse des P2-Experiments hängen damit maßgeblich von der Qualität des erzeugten Strahls ab. In dieser Arbeit wird ein Feedbacksystem vorgestellt, das in der Lage ist, mithilfe geeigneter Messinstrumente sowie digitaler Datenerfassung und Regelung, die Strahlpa- rameter Lage und Winkel so zu messen und zu stabilisieren, dass die geforderte Genau- igkeit erreicht werden kann. Die erfolgreich verlaufenen Testmessungen hierfür wurden am Mainzer Mikrotron (MAMI) mit einer Elektronenenergie von 180 MeV durchgeführt. Lage und Winkel des Strahls werden bei MESA genau wie bei MAMI mit einem minimal-invasiven Hohlraumresonator gemessen. Für MESA wird im zweiten Teil dieser Arbeit ein neues Design eines solchen Monitors vorgestellt und die Funktion eines Prototyps bei Messungen am MESA-Testaufbau MESA Low-energy Beam Apparatus (MELBA) überprüft.
Beam Parameter Stabilization for the P2 Experiment at MESA At the new electron accelerator Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator (MESA) in the Institute of Nuclear Physics in Mainz the P2 experiment will measure the weak mixing angle sin²θ_W with extreme precision of 0.14% via elastic electron-proton- scattering with longitudinally polarized electrons. The weak mixing angle is a parameter of the electroweak interaction and can be measured by means of the parity violating asymmetry, which derives from the asymmetry of the cross sections for electrons with positive and negative helicity in electron-proton-scattering. The small electron energy of 140 MeV, which was chosen to suppress the contributions of box graphs with two-boson exchange, leads to a tiny difference of the cross sections and an expected measured asymmetry of 30-40 ppb. This is more than ten times less than the smallest asymmetry ever measured before. This demands for extreme precise measurement of all false asymmetries coming from helicity correlated fluctuations of the beam parameters position, angle, energy and current. The P2-experimenters demands embrace a maximum of few ppb total false asym- metry with an uncertainty of 0.1 ppb after ten thousand hours of measurement time. Consequently the result of the P2 experiment is highly dependent on the beam quality delivered by the accelerator. In this thesis, a feedback system, including a digital control and data acquisition system, is introduced. This system is capable of measuring and stabilizing the beam parameters position and angle in a way that the demanded precision can be met. The developed system was tested successfully with a 180 MeV-beam at MAMI. The second part of the thesis describes the development of a resonator cavity as a minimal-invasive beam position monitor for MESA based on a design used in MAMI for several years. Successful functional tests of a prototype monitor took place at the MESA Low-energy Beam Apparatus (MELBA).
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: xiii, 149 Seiten
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