Strahleigenschaften an der Beschleunigeranlage FAIR

Höchste Strahlintensitäten

Je höher die Intensität der Ionenstrahlen, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass auch seltene Reaktionen oder Reaktionsprodukte beobachtet werden können. Durch höchste Strahlintensitäten eröffnet FAIR für die Forschung mit Sekundärstrahlen instabiler Kerne völlig neue Perspektiven. Für die Wissenschaftler wird eine Vielzahl neuer Kerne zugänglich, die bisher nicht im Labor hergestellt werden konnten. Dies schließt insbesondere Kerne ein, welche bei der Synthese der schweren Elemente in Supernovaexplosionen eine zentrale Rolle spielen.

Präzisionsexperimente zur Bestimmung der Massen kurzlebiger instabiler Kerne oder zur Suche nach neuen Teilchen der Starken Kraft erfordern Ionen- und Antiprotonenstrahlen höchster Energieschärfe. Den bereits an der bestehenden Anlage etablierten Strahlkühltechniken - stochastische und Elektronenkühlung - kommt daher auch an dem neuen Beschleunigerzentrum eine herausragende Rolle zu. Wegen der höheren Strahlenergien gehört die Implementierung der Strahlkühltechniken zu den großen technologischen Herausforderungen der neuen Anlage.

Die neue Beschleunigeranlage liefert zugleich deutlich höhere Strahlenergien. Dadurch lässt sich in hochenergetischen Kern-Kern-Kollisionen eine sehr starke Verdichtung der Kernmaterie erreichen. Auf diese Weise möchten die Wissenschaftler extreme Zustände von Kernmaterie untersuchen, die am Anfang des Universums herrschten oder heute noch im Zentrum von Neutronensternen vorliegen. In diesem Energiebereich erwartet man außerdem eine maximale Produktion von Hadronen mit strange Quarks. Weiterhin wird die Energieschwelle für die Produktion von Hadronen mit charm Quarks und von Antiprotonen überschritten. Letzteres erlaubt die Produktion intensiver Antiprotonenstrahlen.

Höchste Strahlleistungen

Um Materie durch die Bestrahlung mit Ionen in ein Plasma zu verwandeln und deren Eigenschaften zu untersuchen, benötigt man hochintensive, kurze Ionenpulse. Hierfür können an der neuen Anlage Ionenpulse mit einer Leistung von Tausend Milliarden Watt erzeugt werden.

Effizienter Parallelbetrieb

Ein entscheidendes Argument für das Doppelring-Konzept von FAIR ist die Möglichkeit, bis zu vier verschiedene Forschungsprogramme zeitlich parallel mit unterschiedlichen Ionensorten zu betreiben. Dies ist aufgrund einer aufeinander abgestimmten Nutzung der verschiedenen Beschleuniger- und Speicherringe möglich. Hieraus erwächst ein besonderer Synergieeffekt bei der Nutzung der Gesamtanlage.