MESA - Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator

Mit MESA erkunden wir die Möglichkeiten, welche die kürzlich etablierte Energy-Recovery-Linac (ERL) Beschleunigertechnologie für Physikexperimente bietet. Diese neue Technologie ermöglicht sehr hohe Luminositäten des Elektronenstrahls, der bei niedrigen Energien auf „interne“ Targets zielt. MESA ist der erste Beschleuniger, der Multiturn-Energierückgewinnung in einem supraleitenden Umfeld einsetzt. Die Maschine wird damit als Testumgebung für andere Großanlagen weltweit dienen, wie z.B. dem LHeC [1].

MESA ist nicht nur ein bahnbrechendes Projekt für ERL-Anwendungen, er ebnet auch den Weg für wichtige Experimente in der Teilchenphysik:

  1. Die mögliche Existenz von neuen leichten Vektorbosonen, die an den Dunklen Sektor koppeln ("dunkle Photonen“), hat große Aufmerksamkeit erregt. Viele weltweit führende Einrichtungen haben die Suche nach diesen Teilchen in ihre langfristige Forschungsprogramme aufgenommen. An der JGU haben wir bereits Pionierversuche durchgeführt, um Hinwiese auf dunkle Photonen aus aktuellen Elektron-Nukleus-Streuexperimenten zu erhalten [2]. Der Bau des MESA-Beschleunigers wird es uns ermöglichen, dieses Programm wesentlich auszubauen, und fokussiert nach dunklen Photonen zu suchen.
  2. Der ERL-Betriebsmodus wird auch eingesetzt, um nach neuen leichten Eichbosonen zu suchen, die in einem Bereich des Parameterraums liegen, in dem wichtige Informationen erwartet werden, um das beobachtete anomale magnetische Moment des Myons zu erklären.
  3. MESA kann auch im Extracted-Beam (EB)-Modus betrieben werden, in dem extreme Luminositäten von >1039 cm-2s-1 erreicht werden können. Im EB-Modus betrieben wird MESA mit seinem hochgradig spin-polarisierten Strahl eine Schlüsseleinrichtung für eine neue Generation von Präzisionsexperimenten, um grundlegende Parameter, wie den elektroschwachen Mischungswinkel, zu messen.

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[1] J.L. Abelleira Fernandez et al., A Large Hadron Electron Collider at CERN: Report on the Physics and Design Concepts for Machine and Detector, J. Phys. G39 (2012) 075001.
[2] H. Merkel et al., Search for Light Gauge Bosons of the Dark Sector at the Mainz Microtron, Phys. Rev. Lett. 106, 251802 (2011).