Der Bau des energierückgewinnenden Teilchenbeschleunigers MESA (Mainz Energy-recovery Accelerator) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) macht erhebliche Fortschritte. Nachdem im November 2024 ein 21 Tonnen schwerer supraleitender Magnet installiert wurde, wurde am 10. April 2025 eine 3,3 Tonnen schwere Vakuumkammer angeliefert. Diese Vakuumkammer ist ein zentraler Bestandteil des MESA und hat eine Länge von sieben Metern sowie einen Durchmesser von 2,4 Metern, was ein Volumen von 32 Kubikmetern ergibt. Derartige technische Fortschritte sind bedeutend für die Grundlagenforschung in der Physik und für die Durchführung anspruchsvoller Experimente.
Das MESA wird im Rahmen des Mainzer Exzellenzclusters PRISMA+ betrieben, das Forschung und Innovation in der Teilchenphysik fördert. Die beiden Haupt-Experimente, die sich in diesem beschleunigten Rahmen abspielen werden, sind MAGIX und P2. Letzteres hat sich zum Ziel gesetzt, den schwachen Mischungswinkel zu messen und drängende Fragen der Elementarteilchenphysik zu beantworten. Dabei ist die Vakuumkammer entscheidend, da sie das notwendige Vakuum für die Targetzelle erzeugt, welche bei minus 257 Grad Celsius betrieben wird.
Technische Details der Vakuumkammer
Die Targetzelle der Vakuumkammer enthält etwa 70 Liter flüssigen Wasserstoff, der durch das Vakuum als Isolierung geschützt wird. Die Wärme, die durch den Elektronenstrahl auf die Targetzelle einwirkt, wird durch einen Heliumkühler abgeleitet. Zur Messung des Elektronenimpulses kommt ein Silizium-Pixeldetektor im hinteren Teil der Kammer zum Einsatz. Zudem ist das Vakuumfenster zwischen dem vorderen und hinteren Teil aus kohlefaserverstärktem Epoxidharz gefertigt. All diese Konstruktionen müssen in den supraleitenden Magneten integriert werden, weshalb die Kammer äußerst präzise gefertigt ist.
Diverse Materialien und Technologien kommen bei der Konstruktion zum Einsatz. So besteht die Kammer aus hochfester Aluminiumlegierung und nutzt spezielle Metalldichtungen, die eine hohe Strahlungsbeständigkeit gewährleisten. Die Entwicklungsarbeiten zum P2-Experiment wurden durch den Exzellenzcluster PRISMA+ sowie das Großgeräteprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.
Frühere Fortschritte und Tests
Die Vorbereitungen für das P2-Experiment sind bereits seit einiger Zeit in vollem Gange. Bereits am 19. Februar 2024 wurde der Bleischutz für das P2-Spektrometer angeliefert, und am 12. Juni 2023 fand der erste Test von Prototypen des Rückwärtswinkel-Detektors am MAMI-Strahl statt. Zuvor, am 29. August 2022, wurde die Reaktion von ET Enterprises Photomultiplier-Röhren auf Einzelphotonen in einer Bachelorarbeit untersucht.
Die Entwicklungen stammen von mehreren Teststrahlzeiten am MAMI zwischen 2019 und 2024. Dabei wurden unter anderem Prototypen für Luminositätsmonitore getestet, ebenso wie verschiedene Detektoren und Materialien, um deren Reaktionen auf Elektronenstrahlen zu optimieren. Solche Tests sind für die Fehlerbehebung und Feinabstimmung der zukünftigen Experimente unerlässlich und bieten einen wertvollen Beitrag zum Gesamtprojekt.
Die Fortschritte bei MESA und den begleitenden Experimenten stehen im Kontext einer breiteren internationalen Zusammenarbeit in der Teilchenphysik. Ähnliche Technologien, wie die supraleitenden Resonatoren, werden auch in Projekten wie dem Internationalen Linearbeschleuniger (ILC) verwendet, um Teilchenstrahlen von höchster Qualität zu erzeugen und zu beschleunigen. Diese Entwicklungen sind das Ergebnis jahrelanger Forschung und Innovationsförderung im Bereich der supraleitenden Beschleunigertechnologie, die bereits in den 1990er Jahren begann.
