Das Standardmodell der Teilchenphysik kann den Grund unserer Existenz nicht erklären, da es nicht fähig ist, die offensichtlich existierende Materie-Antimaterie-Asymmetrie unseres Universums hinreichend zu beschreiben. Physik jenseits des Standardmodells ist dafür erforderlich; und nach ihr wird gesucht. Ein Beispiel hierfür sind Messungen bei höchsten Energien (z.B. am LHC). Komplementär dazu sind Präzisionsmessungen bei niedrigeren Energien, wie sie zur Suche nach permanenten elektrischen Dipolmomenten (EDMs) erforderlich sind. Ein Teilchen besitzt ein permanentes elektrisches Dipolmoment, wenn die Schwerpunkte von positiven und negativen Ladungsverteilungen unterschiedlich sind. Permanente EDMs von Teilchen verletzen sowohl Zeitumkehr- (T) sowie Paritäts-Invarianz (P) und sind aufgrund des CPT-Theorems auch CP-verletzend. Die Entdeckung einer solchen, über das Standardmodell hinausgehenden CP-Verletzung, wäre ein wichtiger Meilenstein auf der Suche nach Ursachen für die Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum.

Messungen des Neutronen-EDM (nEDM) werden weltweit an vielen Laboratorien durchgeführt. Bisher existieren keine direkte Messungen von EDMs geladener Teilchen. Dazu sind hochpräzisie Experimente an neuartigen Speicherringen erforderlich. Der experimentelle Ansatz zur Durchführung dieser Untersuchungen basiert auf der Präzession des Teilchenspins aufgrund seines EDMs in elektromagnetischen Feldern. Der Aufbau (oder die Abwesenheit) einer vertikalen Polarisationskomponente als Funktion der Speicherdauer wäre also ein Hinweis auf ein endliches EDM (bzw. lieferte zumindest eine obere Grenze). Solche Messungen mit polarisierten Teilchenstrahlen sollen zunächst am Kühlersynchrotron COSY und dann an einem dedizierten Speicherring in Jülich durchgeführt werden.

Themen für Bachelor- und Masterarbeiten

Deflektor-Design

Deflektoren dienen zur Führung des Strahls im Speicherring. Für Protonen ist ein Speicherring mit rein elektrostatischen Deflektoren ausreichend, während für Deuteronen (und ³He) Speicherringe mit E- und B-Feldern erforderlich sind. Feldberechnungen, Auslegung des Deflektors und die Entwicklung eines Prototyps wird zusammen mit der Zentralabteilung Technologie des Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen durchgeführt. (Simulation, hardwareorientiert)

Spindynamik

Umfangreiche Simulationsrechnungen der Strahl-und Spindynamik in entsprechenden elektromagnetischen Feldkonfigurationen müssen durchgeführt werden, um die optimale Form der elektrostatischen Feldplatten und Magnetfeldkonfiguration festzulegen. Programme zur Strahlsimulation in elektrostatisch-magnetischen Ablenkelementen sind bereits verfügbar und werden laufend weiterentwickelt. Hauptaugenmerk dieser Entwicklung liegt zunächst auf dem Verständnis und der Überprüfung der Strahl- und Spinbewegung in elektrostatischen Feldern. (Simulation)

Polarimetrie

Der Nachweis der Strahlpolarisation erfolgt mithilfe eines Polarimeters. Die gespeicherten Teilchen werden an einem Target elastisch gestreut. Eine vertikale Polarisation des Strahls äußert sich in einer Links-Rechts Zählratenasymmetrie im Detektor.
Für das  Design des Polarimeters sind umfangreiche Simulationsrechnungen und Testmessungen am Kühlersynchrotron COSY in Jülich erforderlich.  (Simulation, hardwareorientiert)

Kontakt: Prof. Dr. J. Pretz, Prof. Dr. A. Stahl