Der Bau des energierückgewinnenden Teilchenbeschleunigers MESA (Mainz Energy-recovery Accelerator) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) nimmt Formen an. Am 10. April 2025 wurde eine über 3 Tonnen schwere Vakuumkammer angeliefert, die für die laufenden Forschungsprojekte von entscheidender Bedeutung ist. Diese Lieferung folgt dem Einbau eines 21 Tonnen schweren supraleitenden Magneten im November 2024, was den Fortschritt des Projektes weiter verdeutlicht. MESA ist nicht nur Teil des Mainzer Exzellenzclusters PRISMA+, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten in der Grundlagenforschung der Physik.
Ein zentrales Ziel von MESA sind die beiden Haupt-Experimente, MAGIX und P2, die zur Erforschung der sogenannten „neuen Physik“ beitragen sollen. Im Fokus des P2-Experiments steht die präzise Messung des schwachen Mischungswinkels, um offene Fragen in der Elementarteilchenphysik zu klären. Die neue Vakuumkammer hat eine beeindruckende Länge von 7 Metern und einen Durchmesser von 2,4 Metern, was ein Volumen von 32 Kubikmetern ergibt. Diese Beschaffenheit ist wichtig, da die Kammer das notwendige Vakuum für die Targetzelle erzeugt, die bei extrem niedrigen Temperaturen von etwa -257 Grad Celsius betrieben werden muss.
Technologische Herausforderungen und Lösungen
In dieser Targetzelle wird flüssiger Wasserstoff aufbewahrt, dessen Volumen rund 70 Liter beträgt. Das Vakuum der Kammer dient nicht nur der Isolierung, sondern sorgt auch dafür, dass die Wärme, die beim Elektronenstrahl auf die Targetzelle entsteht, effizient durch einen Heliumkühler abgeführt wird. Zudem enthält die Vakuumkammer einen Silizium-Pixeldetektor im hinteren Teil, der den Impuls der Elektronen misst. Eine Besonderheit ist das Vakuumfenster, hergestellt aus kohlefaserverstärktem Epoxidharz, welches zwischen dem vorderen und hinteren Teil der Kammer angebracht ist.
Die Vakuumkammer selbst ist aus einer hochfesten Aluminiumlegierung gefertigt, die mit speziellen Metalldichtungen versehen ist, um eine hohe Strahlungsbeständigkeit zu gewährleisten. Sie wurde so konzipiert, dass sie in den supraleitenden Magneten passt, was bedeutet, dass ihre Form sehr rund sein muss.
Förderung und weitere Schritte
Die Entwicklungsarbeiten zum P2-Experiment haben von der Förderung durch den Exzellenzcluster PRISMA+ sowie vom Großgeräteprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) profitiert. Gleichzeitig wird die Entwicklung der Technologien, die in Projekten wie MESA verwendet werden, auch durch internationale Kooperationen vorangetrieben. Ein Beispiel ist der Internationale Linear Collider (ILC), der auf supraleitende Beschleunigertechnologie setzt, welche Vorteile wie geringe Leistungsverluste und hohe Qualität der Teilchenstrahlen bietet. Diese Technologien wurden von Institutionen wie DESY und der TESLA Technology Collaboration seit den 1990er Jahren entwickelt und bieten einen wertvollen Hintergrund für die aktuellen Entwicklungen in Mainz.
Insgesamt ist MESA ein herausragendes Beispiel für moderne Teilchenphysik, das sich an der Spitze der technologischen Fortschritte der letzten Jahre bewegt und universitäre Forschung auf internationalem Niveau ermöglicht.
