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Institut Für Kernphysik Jahresbericht 2004/2005

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Institut Für Kernphysik Jahresbericht 2004/2005 Gebäude der Physik INSTITUT FÜR KERNPHYSIK am Fachbereich Physik der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main Jahresbericht 2004/2005 IKF-65 INHALTSVERZEICHNIS Vorwort 5 Forschungsschwerpunkte 7 Arbeitsgruppen 9 Wissenschaftliche Arbeiten Kernphysik 11 Atomphysik 27 Materialforschung 63 Instrumentelle Entwicklungen 79 Dokumentation 109 VORWORT Der letzte Jahresbericht erschien im Frühjahr 2004. Seitdem Studenten nieder. Ich möchte deshalb auch an dieser Stelle hat sich das Institut für Kernphysik wissenschaftlich, perso- der hessischen Landesregierung, der Stadt Frankfurt, dem nell und räumlich in einmaliger Weise weiterentwickelt. Die Präsidium und der Planungsabteilung der Goethe-Universität, Berufung von drei neuen Professoren hat sowohl die bishe- dem Hessischen-Bau-Management und den Architekten dafür rigen Forschungsaktivitäten verstärkt als auch neue etabliert. danken, dass sie den „Neubau der Physik“ so erfolgreich und Die Atomphysik wurde durch die „Helmholtz- Nachwuchs- eindrucksvoll realisiert haben. gruppe“ von Dr. Torsten Weber bereichert. Am anderen Ende der Energieskala hat Prof. Harald Appelshäuser die Nachfolge In den vergangen zwei Jahren sind die Professoren Horst von Prof. Reinhard Stock angetreten. Damit ist die Kontinuität Schmidt-Böcking und Reinhard Stock in Pension gegangen. auf dem Gebiet der Schwerionenphysik bei der höchsten En- Beide haben die wissenschaftliche Arbeit und damit das Re- ergie (ab 2007 mit dem ALICE Detektor am LHC) gesichert. nommee des Instituts lange entscheidend geprägt. Dafür und Prof. Appelshäuser hat die von JProf. Christoph Blume be- für die Bereitschaft dem IKF auch in Zukunft mit Rat und Tat gonnene Konstruktion von Übergangsstrahlungsdetektormo- zur Seite zu stehen, danken wir ihnen herzlich.Weitere langjäh- dulen für ALICE zu einem Gross- und Entwicklungsprojekt rige Mitarbeiter des Instituts sind in den wohlverdienten Ruhe- erweitert. Diese Aktivität ist ein wesentlicher Baustein für stand getreten oder in andere Betriebseinheiten der Universi- das im Entstehen befi ndliche Technologielabor, in dem in Zu- tät gewechselt. Wir bedanken uns bei Herrn Dr. H. Baumann, kunft nicht nur Vieldrahtkammer- sondern auch GEM-, Si-Pi- Herrn C. Kazamias, Herrn Dr. H. Kreyling, Herrn M. Piscevic, xel- und grossfl ächige Lawinendiodendetektoren für das FAIR Frau M. Reinhard, Frau K. Rotter, Frau J. Scheikowski, Frau Projekt bei der GSI entwickelt werden. Die Arbeitsgebiete P. Seyler-Dielmann, Frau E. Billig, Frau H. Rheinfels-Immans von Prof. Joachim Stroth (Nachfolger von Prof. Klaus Bethge) und Herrn W. Theisinger für die im Institut für Kernphysik haben die Struktur der elementaren (hadronischen) Materie langjährigen geleisteten Dienste. und ihre Relevanz für die Astrophysik zum Thema und um- fassen das Spektrum der Kernreaktionen im Energiebereich Nach dem Umzug des Institutes wurden zwei der Beschleu- von MeV bis in den hochrelativistischen Bereich bei 30 GeV, niger, ein 2,5MV van de Graaff und eine EZR/RFQ wieder der im FAIR Projekt der GSI erreicht werden wird. Konkrete aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. Die Infra- Forschungsprogramme sind geplante Hochstrom-Neutron struktur des IKF wurde zudem ergänzt durch ein neues Ultra- Kern Messungen mit FRANZ am IKF, und bei der GSI das kurzzeitlabor, in dem ein in der Repetitionsrate und Leistung R3B Experiment am UNILAC , HADES am SIS18, und in in Deutschland einmaliges Titan Sapphir Verstärkersystem zur Zukunft CBM am SIS 100. Voraussetzung für die geplanten Verfügung steht. Experimente sind anspruchsvolle Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Si-Detektoren (für CBM) und Prozesssteuerung Trotz des Umzugs und der daraus resultierenden zusätzlichen (für FRANZ), die einen wesentlichen Teil der Kapazität des Belastungen und Einschränkungen wurde der Lehr- und For- Technologielabor beanspruchen werden. schungsbetrieb in den Jahren 2004 und 2005 in vollem Um- Die Wiederbesetzung der Professur Lynen gemeinsam mit der fang aufrecht erhalten, was sich in jeweils 16 Diplom-/Dok- GSI vervollständigt die Riege der Hochschullehrer im IKF. torarbeiten und über 130 wissenschaftliche Artikel- davon 22 Prof. Klaus Peters forscht auf dem Gebiet der Hadronenphy- in der Zeitschrift Physical Letters Review - niedergeschlagen sik mit zukünftigem Schwerpunkt auf Experimenten mit An- hat. tiprotonenstrahlen am PANDA Detektor bei FAIR. Dazu baut er im IKF eine Detektorentwicklungsgruppe auf, die LAAPDs Das IKF hat in den vergangenen beiden Jahren etwa 1.5 Mio (Large Area Avalanche Dioden) für den Einsatz in Kalorime- Euro Drittmittel pro Jahr eingeworben. Wir danken den fol- tern entwickelt. Die drei erwähnten Detektorentwicklungspro- genden Geldgebern für die großzügige Unterstützung der Ar- jekte sollen zu einem Technologielabor zusammenwachsen, beiten des Instituts: dass auch Perspektiven auf anderen Gebieten eröffnen wird. Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt Die etablierten und neuen Arbeitsgruppen sind mit ihren For- Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) schungsschwerpunkten auf den folgenden Seiten aufgeführt. Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Europäische Gemeinschaft, Der Umzug des Instituts für Kernphysik vom Rebstockge- Deutscher Akademischer Austauschdienst lände auf den naturwissenschaftlichen Campus Riedberg hat DLR, Bonn eine ausserordentliche Verbesserung der Arbeitsbedingungen Hermann Willkomm-Stiftung, Frankfurt mit sich gebracht. Neben den neuen, modern ausgestatteten W.E. Heraeus-Stiftung, Hanau Räumlichkeiten ist die Nähe zu den anderen Instituten des Alexander von Humboldt-Stiftung, Bonn Fachbereichs und zu den Kolloquiums- und Vorlesungsveran- Röntdek GmbH, Kelkheim staltungen von unschätzbarem Wert. Das neue Gebäude bietet durch seine grosszügige und den Bedürfnissen eines natur- wissenschaftlichen Betriebs Rechnung tragende Architektur ideale Arbeitsbedingungen und eröffnet völlig neue Möglich- keiten der Kommunikation zwischen den Gruppen aus allen Instituten des Fachbereichs. Diese ausserordentliche Stand- Prof. Herbert Ströbele ortqualität schlägt sich inzwischen auch im Urteil unserer Geschäftsführender Direktor 5 Prof. Dr. Harald Appelshäuser Prof. Dr. Christoph Blume Prof. Dr. Reinhard Dörner Prof. Dr. Klaus Peters Prof. Dr. Joachim Stroth Prof. Dr. Herbert Ströbele FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE Die Erforschung extremer Formen starkwechselwirkender Materie (I) und die Atom- und Molekülphysik (II), sind die zentralen Forschungsgebiete des Institutes für Kernphysik der Universität Frankfurt. I Stark Wechselwirkende Materie Die experimentellen Methoden sind Reaktionsexperimente mit Hadronen und Ionenstrahlen im gesamten verfügbaren Energiebereich. Sie werden bei niedrigen Strahlenergien vor Ort mit hauseigenen Beschleunigern durchgeführt. Bei höheren Energien fi nden die Experimente an nationalen oder internationalen Beschleuni- gerzentren statt. Die Detektorsysteme zum Nachweis der Reaktionsprodukte sind mittlerweile so komplex, dass ihre Realisierung nur im Rahmen großer (meistens ebenfalls internationaler) Kollaborationen möglich wird. Planung und Bau moderner Schwerionenexperimente sind vielschichtig: Neben der Simulation und En- twicklung geeigneter Nachweistechnologien stellen Bau und Betrieb komplexer Detektorsysteme für Experi- mente an internationalen Beschleunigeranlagen eine große technologische Herausforderung dar. Darüber hina- us erfordern die Erfassung und die physikalische Analyse der anfallenden Pbyte-Datenmengen die Konzeption leistungsfähiger und komplexer Prozessorstrukturen sowie Echtzeit-Mustererkennungs- und Rekonstruktion- salgorithmen, die an die Grenzen der Leistungsfähigkeit der gegenwärtigen Informationstechnologie stoßen. Gerade durch den Einsatz modernster und innovativer Detektorsysteme werden neue experimentelle Observ- able erst erschlossen und damit tiefere Einblicke in die Vorgänge der mikroskopischen Welt möglich. II Atom- und Molekülphysik Das Institut für Kernphysik spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Anwendung (mit Ionen-, Laser, Synchrotronstrahlung) der COLTRIMS Technik, einer Art Blasenkammer für die Atom- und Molekülphysik. Mit dieser innovativen Technologie kann Mehrteilchendynamik in Coulomb wechselwirkenden Systemen in bisher unvorstellbarer Vollständigkeit und im Detail sichtbar gemacht werden. Die Detektoren, Datenaufnahme und Elektronik für diese Technologie werden im Hause weiterentwickelt. Die Experimente werden mit Ionenstrahlen (im Hause und bei GSI), mit modernsten Ultrakurzzeitlasern (im Hause, am NRC Ottawa und der ETH Zürich) sowie mit Synchrotronstrahlung (Bessy, Hasylab, DESY-FEL, ALS Berkeley) durchgeführt. Die untersuchten Systeme reichen von einfachen Atomen über Moleküle bis zu Supraleitern. 7 ARBEITSGRUPPEN I Stark Wechselwirkende Materie Hadronenspektroskopie Thematik: Hadronenspektroskopie leichter und Quark-Gluon Materie bei höchsten Energiedichten schwerer Quarks , Exotische QCD Objekte Thematik: Untersuchung der Eigenschaften partonischer (Gluonenbälle, Hybride) Materie bei höchsten Energiedichten Tomographie der Forschergruppe: Prof. Peters dichten Phase mittels energetischer Partonen aus der Facility: SIS 300, FAIR, Darmstadt frühesten Phase der Reaktion. Produktion von Hadronen am Einbindung: PANDA Kollaboration Phasenübergang und Einfl uss des Chiralen Phasenübergangs Experimentierbeginn 2013 auf die Hadrogenesis Forschergruppe Prof. Appelshäuser, JProf. Blume Facility: LHC , CERN, Genf II Atom- und Molekülphysik Einbindung: ALICE Kollaboration, VI-Strongly Interacting Matter Atom und Molekülphysik
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