The KAOS Spectrometer at the Mainz Microtron and First Measurements of Kaon Electro-Production

Abstract

Experimente zur Photo- und Elektroproduktion von Hadronen am Mainzer Mikrotron MAMI dienen dazu, einen tieferen Einblick in die Niederenergiestruktur der Theorie der starken Wechselwirkung (QCD) zu gewinnen. Seit Dezember 2006 beschleunigt die Stufe MAMI-C Elektronen auf über 1500 MeV Strahlenergie und eröffnet durch die Überschreitung der Energieschwelle für assoziierte Kaonenerzeugung neue Möglichkeiten, Hadronen mit offener Seltsamkeit und ihre Wechselwirkungen in nuklearen Systemen zu studieren. Die Beschreibung der Anregung des Nukleons in (e, e'K)-Reaktionen lässt trotz vorausgegangenen Messungen an auswärtigen Beschleunigern eine Reihe von Fragen offen. So sind zum Beispiel gemesseneWirkungsquerschnitte in kinematischen Regionen, die an MAMI-C zugänglich sind, inkonsistent und verschiedene Modelle des Nukleons sagen grundsätzlich unterschiedliche Amplituden vorher. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Spektrometeranlage der Kollaboration A1 an MAMI um das von der GSI in Darmstadt übernommene KAOS-Spektrometer erweitert. Dieses Spektrometer dient mit seiner kurzen Bauart insbesondere dem Nachweis von Kaonen. In den Jahren 2002–8 konnte durch umfangreiche Installationen die notwendige Infrastruktur geschaffen und das Spektrometer in Betrieb genommen werden, so dass seit Herbst 2008 erstmals an MAMI die Kaonen-Elektroproduktion studiert wird. Die erreichte Winkel- und Impulsauflösung ist ausreichend, um Λ- und Σ0-Hyperonen im Spektrum der fehlenden Masse leicht trennen zu können. Für Messungen am Wasserstoff-Target wurden aus den gewonnenen Daten Wirkungsquerschitte extrahiert, um phänomenologische Modelle differenzieren zu können. In den kommenden Jahren kann mit dem KAOS-Spektrometer auch die kaon-assoziierte Produktion von Hyperkernen nachgewiesen werden. Das Studium von Hyperkernen kann Strukturen beleuchten, die in konventioneller Kernmaterie verborgen bleiben, denn für das Hyperon gilt nicht das Pauli-Prinzip der Nukleonen und so kann es auch tief liegende Kernniveaus bevölkern. Für dieses Programm wurde das Spektrometer mit einem zweiten Arm ausgestattet, in dem knapp 20 000 szintillierende Fasern für eine schnelle Koordinaten- und Zeitmessung in der Bildebene sorgen. Dieses seit dem Jahr 2009 betriebene Instrument gehört weltweit zu den modernsten Bildebenen-Detektoren. Das mit dem KAOS-Spektrometer an MAMI-C in den letzten Jahren ermöglichte Studium von Systemen mit Seltsamkeit wird auch in Zukunft dem Verständnis der inneren Struktur des Nukleons dienen.