Untersuchung von Vielteilcheneffekten in Atomkernen mit Elektronen und Photonen am S-DALINAC und die damit verbundene Weiterentwicklung des Beschleunigers

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In den letzten 20 Jahren hat sich die Erforschung der Struktur des Atomkerns und seiner Bausteine mit elektromagnetischer Wechselwirkung, d.h. mit Strahlen von Elektronen und Photonen aus Elektronenbeschleunigern, zu einer eigenständigen kernphysikalischen Disziplin entwickelt. Das Ziel derartiger Untersuchungen und damit auch des vorgelegten Antrags ist ein besseres Verständnis der Kraft, die Neutronen und Protonen im Kern in Form eines speziellen Vielteilchensystems bindet. Mit der Entwicklung und Inbetriebnahme moderner Dauerstrichelektronenbeschleuniger wie dem S-DALINAC in Darmstadt, ELSA in Bonn, MAMI in Mainz und TJNAF (früher CEBAF) in den Vereinigten Staaten stehen für den Energiebereich von nur wenigen MeV bis zu einigen GeV experimentelle Hilfsmittel bereit, dieses Generalthema optimal zu bearbeiten und zu neuen paradigmenhaften Denk- und Sichtmöglichkeiten auf kerntheoretischem Gebiet anzuregen.Der S-DALINAC hat mit seiner unter der Pionenschwelle liegenden maximalen Energie von 130 MeV in den letzten Jahren und auch ganz besonders in der laufenden Förderperiode bereits zum Fortschritt der Disziplin beigetragen, ohne jedoch das besonders auf dem Sektor elektrischer und magnetischer Kernanregungen niedriger Multipolarität verborgene Potential gänzlich auszuloten. Hauptgegenstand dieses Fortsetzungsantrags ist deshalb das experimentelle Studium derartiger elementarer Anregungsmoden durch Streuung und Spektroskopie in inklusiven und exklusiven Reaktionen mit Elektronen und Photonen und das Verständnis der daraus folgenden Übergangsstrom- und Ladungsverteilungen in Form von theoretischen Vielteilchenkernmodellen. Des weiteren wird ein neuartiges Experiment zur präzisen Bestimmung der elektrischen und magnetischen Polarisierbarkeit des Nukleons durch Comptonstreuung bei niederen Energien vorgeschlagen. Damit wird ein besseres Verständnis der Struktur des Nukleons angestrebt. Da der große, in enger Kooperation zwischen Experiment und Theorie untersuchte kernphysikalische Themenkomplex einen Elektronenbeschleuniger erfordert, der stabile Strahlen mit geeigneter Energie, Intensität und Zeitstruktur den Experimenten in einer großen Anzahl von Betriebsstunden zur Verfügung stellen muß, hat dieser Antrag auch die kontinuierliche Weiterentwicklung des S-DALINAC und seiner Strahlführung und -diagnose als zentrales Thema. Die dabei gewonnenen Erfahrungen sind von allgemeiner Bedeutung und für den Fortschritt eines Teils des sich rasch entwickelnden Gebiets der Physik und Technik von Beschleunigern in gleichem Maße wichtig wie die konkrete Rückwirkung auf die optimale Durchführung des umfangreichen Experimentierprogramms.