Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR

HADES - nicht nur ein Gott der Unterwelt
HADES

HADES - nicht nur ein Gott der Unterwelt

HADES (High Acceptance Dielectron Spectrometer) ist ein vielseitiger Detektor für die präzise Spektroskopie von Elektron-Positron-Paaren. Diese Paare, auch üblicherweise Dielektronen genannt, entstehen in Reaktionen, die von Protonen, Pionen oder Schwerionen induziert werden. HADES ist für einen Energiebereich von 1-3,5 GeV ausgelegt.

Zusätzlich entstehen hier sehr viele Hadronen, die die Detektion der Dielektronen massiv erschweren. 

Der Detektor wurde bei der GSI in einer internationalen Zusammenarbeit von 17 Institutionen aus 9 europäischen Ländern aufgebaut. Das Hauptziel des Experiments besteht darin, die Eigenschaften dichter Kernmaterie zu untersuchen, die bei Schwerionenkollisionen entsteht, und letztlich etwas über die Eigenschaften von Hadronen im Medium zu erfahren. 

Auch wenn es etwas paradox klingt, sind die vielen entstehenden Hadronen gleichzeitig auch ein Problem. Der Grund hierfür liegt in der unterschiedlichen Wechselwirkung der Hadronen und Elektronen. Während Hadronen der starken Wechselwirkung unterliegen (der Name verrät es schön, diese Wechselwirkung ist sehr stark), unterliegen die Elektronen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Im Vergleich zur starken Wechselwirkung ist diese gut einen Faktor 10000 schwächer. Das heisst im Umkehrschluss, dass die Hadronen, bis sie die Kollisionszone verlassen, so ziemlich mit allem interagieren, das sie finden. So verwäscht die Information, die sie aus der Anfangsphase mit sich tragen, im Laufe der Kollision nahezu komplett.

Die Dielektronen hingegen wechselwirken nach der Entstehung kaum noch und fliegen nahezu ungestört in den Detektor. So tragen sie die Information aus der heissen und dichten Phase der Kollision, sprich der Anfangsphase, noch in sich und die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können diese extrahieren. 

Die bei diesen vergleichsweise niederenergetischen Kollisionen entstehende Materie unterscheidet sich von der bei SPS (CERN), RHIC (Brookhaven National Lab) oder LHC (CERN) untersuchten Materie, da sie hauptsächlich aus Baryonen (Nukleonen und ihren angeregten Zuständen - sogenannten Baryon-Resonanzen) und wenigen Mesonen besteht. Sie ist bis zum Dreifachen der Kernmateriedichte für etwa 10-12 fm/c komprimiert.

12 fm/c steht hier für die Zeit, die die Kollision in etwa dauert. Ein fm sind 10-15 m und die Lichtgeschwindigkeit beträgt ca. 300000000 km/s. Teilt man dies durcheinander erhält man ca. 0,00000000000000000000001 Sekunden. Eine wahrhaft kurze Zeit.

Dielektronenpaare, die aus Hadronenzerfällen im Medium stammen, und seltene seltsame Hadronen (Kaonen, Hyperonen) sind die wichtigsten Sonden, die im Experiment gemessen werden. Warum dies nicht ganz so einfach ist, beschreiben wir in einem der folgenden Blogbeiträge.

Auch wenn HADES schon an der bestehenden Beschleunigeranlage betrieben wird, ist es ein entscheidender Baustein, an dem die HFHF-Wissenschaftlerinnen und -wissenschaftler die heiße und dichte Materie auch in Zukunft erforschen. 

HADES - nicht nur ein Gott der Unterwelt