Kärnfysikavdelningen (f.n.) Per-Erik TegnérExperimental Hadron Physics (PANDA, PAX) Klas Marcks (doktorand) Pia Thörngren (f.n. ej anställd) Kjell Fransson Emeriti: Christoph Bargholtz, Lennart Holmberg, Jan Blomquist David LiljequistModel studies of transport of low-energy electrons in amorphous matter and liquids Antonio PereiraLong-term safety of geological repositories for spent nuclear fuel Stefan CsillagAnalytical Electron Microscopy Istvan Jenei (doktorand) Fredrik Svan (foass) Heldagsseminarium

PANDA (PAX) Hadronfysik - studier av den starka växelverkan Nästan 100% av den “synliga” materiens massa är oförklarad. Vi kan inte beräkna protonens eller neutronens massa eller t.ex. kraften mellan protoner och neutroner från teori. Den grundläggande teorin för den starka växelverkan, QCD (Quantum Chromo Dynamics). QCD: växelverkan mellan kvarkar och gluoner

Precisa experimentella data behövs för att pröva approximativa beräkningar baserade på QCD Studera enklast tänkbara system som: System av två kvarkar (kvark – antikvark), dvs mesoner System av enbart gluoner, “glueballs” i ett energiområde där approximativa beräkningar är möjliga scale (GeV)  S (scale)  liten störningsräkning t.ex. e + e - →Z 0 Massområde kring 4 GeV/c 2 charmonium c - c kopplingskonstant  S (jfr  QED = 1/137)  stor störningsräkning ej möjlig, protonen potential c - c

HUR? PANDA-experimentet på FAIR Antiprotoner (upp till 15 GeV) annihilerar mot protoner. Hittills oöverträffad luminositet (intensitet) Hittills oöverträffad energiprecision i antiprotonstrålen Detektor (PANDA), stor effektivitet detekterar alla sönderfallsprodukter. Alla kvark-antikvark-tillstånd upp till en massa ca 5 GeV/c 2 kan skapas direkt: p + p → (q q) → … Massa och vidd kan bestämmas med hög precision. Speciellt charm - anticharm: charmonium Förutsagda “glueballs” i detta energiområde har s.k. “exotiska” kvanttal.

Ex: beräkningar lattice-QCD av charmonium och “glueballs” e+e-e+e- Ej tillåtna kvanttal för qq Flera tillstånd X,Y,Z har nyligen upptäckts i detta område, ej kvark-antikvark

High-energy storage ring: HESR PANDA

PANDA-kollaborationen: 450 forskare, 17 länder Monteras Stockholms universitet (med Uppsala, Lund): elektromagnetiska kalorimetern Scintillatormaterial PWO (PbWO 4 ) Respons för fotoner (<100 MeV) Energiupplösning 1 m

5000 individual crystals The forward end cap

Gruppen vid Stockholms universitet: Kalorimeterns respons för fotoner vid lägre energier, 10 – 100 MeV. Uppbyggnad av prototyper, typiskt 25 kristaller, senare 192 kristaller Olika ljussensorer (PM-rör, VPT, APD) Tester vid fotonstråle på MAX-lab i Lund Ljusutbytets likformighet Modifiering av wrapping kring kristaller, ev modifiering av kristallytans egenskaper. Uppbyggnad av mätstation (-25 grader) på Fysikum. Sophie Grape, UU, Dr.ex 2009 Klas Marcks, Lic.ex Linda Karlsson, masteruppsats 2007 María Marteinsdóttir, masteruppsats 2009 Olle Lundberg, masteruppsats 2011

Resolution < 4% at    MeV Response of PWO scintillators to gamma rays, at the tagged photon facility at MAX-lab in Lund. -25 o C W O R L D R E C O R D !

VPT i stället för PM-rör (magnetfält!!) Gain ca 7 (PM-rör ca 10 5 – 10 6 ) 10 MeV i PWO ger anodpuls motsvarande 1500 elektroner (240 aC) VPT

Typisk förförstärkarsignal motsv 340 MeV i PWO

PWOVPT  PWOVPT  PWOPM-rör Krav: koincidens med myonsignal i annan PWO-kristall Signal 0,3 Hz 28 MeV Pulshöjdspektrum PWO med VPT Ingen signal! Brus 20 kHz Störningar 20 Hz

LaBrVPT Y-88 Vitt brus VPT+preamp? Scintillator LaBr 2 ger 500 ggr mer ljus! 898 keV 1836 keV    aE +  2 (noise)  (noise) = 2,6 keV (LaBr) vilket motsvarar 1,3 MeV I PWO

Ljustutbytets likformighet PWO Källa Na-22 BaF-detektor stegmotor

VM cm black tape black tape VM2000 PWO Non-uniformity  (x) (number of photoelectrons per MeV) -25  PM-tube covering the whole surface. ljusutbyte Position i kristallen Olle Lundberg Master thesis

SU HADRON PHYSICS group: STATUS of experiments Lead at AlbaNova by Pia Thörngren PAX – Goal: Demonstrate an efficient method for polarizing an antiproton beam  a new field of hadron physics: Polarized antiprotons to be employed at FAIR and at CERN in : Investigation of the possibility of polarizing a stored beam by hadron-lepton spin-flip interactions  NO! Commissioning of a low beta section in COSY  In progress: Polarization buildup studies of transversely polarized protons at COSY  AD at CERN : Spin filtering with antiprotons

Faciliteter på Fysikum 3 laboratorier 1) PANDA 2) Undervisning, radioaktiva källor (tillf förvaring) 3) Lågnivålaboratoriet (plan 1), mätning av luftprover, helkroppsscanner NIM-elektronik, kablage Klimatkammare (ägs av UU) Detektorer (scintillatorer, germanium, kisel)

UR utvärderingsrapporten: “Nuclear Physics Division The Nuclear Physics Division has a strong central program of hadron physics, focused on the PANDA experiment at FAIR, in collaboration with other Swedish and European groups. This will be the flagship program for this group over the next decade or more. …… In particular, the future of the research and, importantly, the training program in the nuclear industry-related area is strategically important, and an independent national expertise outside the nuclear industry is needed. …… Over the next few years, at least one new position will be needed to strengthen the PANDA effort, and a second is needed if the nuclear- industry related research is to continue. If a new experimental program is started, this will also need support, either from existing posts within the enlarged Department of through recruitment.”

Externt stöd till hadronfysiken SU (senaste 5 åren): VR: 1.6 MSEK (projekt- och planeringsbidrag) EU: 1.0 MSEK VR stöder PANDA (inom FAIR) med ca 25 MSEK