Zur Erfassung der starken Wechselwirkung, die in der frühen Phase des Universums auftrat und sich bei hohen Baryonendichten nachweisen lässt, wie sie zum Beispiel in Supernova-Explosionen oder bei der Verschmelzung von Neutronensternen vorkommt, sind hochpräzise Experimente notwendig.
Eines davon ist das Compressed Baryonic Matter (CBM)-Experiment, das mit Hilfe von Ionenstrahlen hoher Energie und Intensität und speziell entwickelten Detektorkomponenten Daten generiert.
Zur Messung werden spezielle Hardware-Komponenten benötigt, wie ein Silizium-Tracking-System, RICH-Cherenkov-Detektoren, die die Geschwindigkeit geladener Teilchen messen können, ein Transition-Radiation-Detektor zur Bestimmung der Teilchenart sowie das Auslesesystem FLES für die schnelle Erfassung und Auswertung von Datenströmen. An all diesen Systemen sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR an entscheidenden Stellen beteiligt und werden in der Zukunft auf dieser Webseite berichten.
Auf der Grundlage dieser Komponenten werden im CBM-Experimentierprogramm Daten zu wichtigen Observablen wie seltsamen (Multistrange-) Baryonen, Dileptonen sowie Hypernukleonen gesammelt. Für die erfolgreiche Interpretation der experimentellen Daten und die Weiterentwicklung des Forschungsfeldes werden theoretische Simulationen zur Physik dichter Kernmaterie mit Methoden der Transportrechnung, im Rahmen der Gitter-Quantenchromodynamik (QCD) bei hohen Baryonendichten und durch effektive Modelle und funktionale Methoden durchgeführt.
Das Ziel des CBM-Forschungsprogramms besteht in der Erforschung des Phasendiagramms der Quantenchromodynamik (QCD) im Bereich hoher Baryondichten unter Verwendung hochenergetischer Kern-Kern-Kollisionen. Dazu gehört die Untersuchung der Zustandsgleichung von Kernmaterie bei Neutronensternkerndichten und die Suche nach Phasenübergängen, die Wiederherstellung der chiralen Symmetrie und exotischer Formen von (seltsamer) QCD-Materie.
Der CBM-Detektor wurde speziell dafür entwickelt, um das kollektive Verhalten dieser Teilchen, aber auch seltene Teilchensorten so präzise wie möglich zu vermessen. Die meisten dieser Teilchen werden sogar das allererste Mal im FAIR-Energiebereich untersucht.
Um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen, werden die Messungen bei Reaktionsgeschwindigkeiten von bis zu 10 MHz durchgeführt. Das heisst es passieren 10 Millionen Ereignisse pro Sekunde!
Dafür werden sehr schnelle und strahlungsharte Detektoren, ein innovatives Datenauslese- und Analysekonzept mit einer neuartigen Elektronik und ein Hochleistungsrechencluster für die Online-Ereignisauswahl benötigt. Ein Großteil der CBM-Detektorsysteme, die Datenauslesereihe und die Ereignisrekonstruktion sind bereits im Einsatz und wurden schon während der FAIR-Phase 0 in Experimenten verwendet.
Die einzigartige Kombination eines Beschleunigers, der einen hochintensiven Schwerionenstrahl liefert, mit einem modernen Hochratenexperiment, das auf innovativer Detektor- und Computertechnologie basiert, bietet optimale Bedingungen für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR und alle nationalen wie internationalen Partner. Das ganze Forschungsprogramm birgt ein erhebliches Entdeckungspotential für die Untersuchung grundlegender Eigenschaften der QCD-Materie.