aSPECT
aSPECT
Forschergruppen aus Mainz, Grenoble und München haben aSPECT entwickelt, um das Energiespektrum von Protonen aus dem Zerfall freier Neutronen zu messen. Dieser Zerfall (Neutron → Proton + Elektron + Neutrino) ist die einfachste Form des Betazerfalls und kann mit Hilfe des Standard Modells theoretisch sehr präzise beschrieben werden. Die hochpräzisen Messungen von aSPECT haben zum Ziel, das Standard Modell zu überprüfen und damit wichtige offene Fragen der Teilchenphysik und der Kosmologie zu beantworten. Dazu gehören auch die Materieentstehung nach dem Urknall und Vorgänge im Inneren der Sterne.

aSPECT hat Messungen am ILL (Institut Laue-Langevin) durchgeführt und bekam kalte Neutronen vom dortigen Kernreaktor geliefert. Protonen, die im Zerfalls-Volumen (siehe Abb. 1) entstehen, haben zunächst eine sehr niedrige Energie. Um sie spektroskopisch zu vermessen nutzt man ein System magnetischer und elektrischer Felder. Schließlich werden sie mit einer Hochspannung auf einen Detektor beschleunigt und dort gezählt. Der ursprüngliche Detektor, eine einfache PIN Diode, machte Probleme, weil man selbst mit einer Hochspannung von 30.000 V das Signal nicht klar vom Rauschen trennen konnte (siehe Abb. 2) und zudem die Gefahr elektrischer Überschläge bestand. In Kooperation mit PNSensor wurde ein neuer Detektor eingebaut: ein 1 cm × 3 cm großer Silizium Drift Detektor (SDD) der aus drei Zellen mit je 1 cm² besteht. Mit diesem SDD Detektor ist es möglich, Protonen schon bei viel niedrigerer Hochspannung mit hoher Zuverlässigkeit zu zählen. Auch ein dreimal so großer SDD Detektor steht bereits bereit und wird bei zukünftigen Messungen die statistische Empfindlichkeit von aSPECT weiter verbessern.



Weblinks:
Literatur:
  1. F. Glück et al., "The neutron decay retardation spectrometer aSPECT: Electromagnetic design and systematic effects", Eur. Phys. J. A 23, pp 135-146, 2005; DOI:10.1140/epja/i2004-10057-1
  2. M. Simson et al., "Measuring the proton spectrum in neutron decay – Latest results with aSPECT", NIM A 611, pp 203-206, 2009; DOI:10.1016/j.nima.2009.07.068
Logos TMU ILL JGU

Abb. 1, links: aSPECT wird für die nächste Messung vorbereitet.   Rechts: Funktionsschema von aSPECT · Bilder Martin Simson


Abb. 2, oben: Protonenspektrum mit einer PIN Diode aufgenommen, Rauschen und Signal vermischen sich.   Unten: mit SDD ist das Protonensignal klar vom Rauschen getrennt, schon bei viel niedrigeren Beschleunigungsspannungen.