Eine virtuelle Begehung des Mainzer Mikrotrons MAMI

Begeben Sie sich mit uns auf eine virtuelle Tour durch den prestigeträchtigen Elektronenbeschleuniger MAMI. Entdecken Sie, wie man mit beschleunigten Elektronen dem Proton, Neutron und Co. ihre Geheimnisse entlocken kann. Wir haben für Sie die wichtigsten Orte im MAMI zugänglich gemacht. Nehmen Sie sich daher die notwendige Zeit sich in Ruhe umzusehen. Wenn Sie weitere Informationen zu einer bestimmten Station wünschen, empfehlen wir Ihnen einen Blick in das Navigationsmenü dieser Seite. Dort haben wir für Sie die einzelnen Stationen nochmal im Detail beschrieben.

Wir wünschen viel Freude bei der virtuellen Begehung.

Stationen

Wir nehmen bei dieser virtuellen Führung sechs Räume des MAMI genauer in den Blick.

  • Beschleunigereinheit A

    Hier nehmen die Elektronen fahrt auf! Wir können sehen woher die Elektronen für das Experiment kommen, wie sie beschleunigt werden und wie die Rennbahn für die Elektronen hierfür aussieht.

  • Beschleunigereinheit B

    Um den Elektronen noch ein weiteres Mal Schwung zu geben und somit mehr Energie zu verleihen, steht bei Bedarf eine zweite Beschleunigereinheit zur Verfügung.

  • Experiment: Spektrometer

    Die Streuung von Elektronen an Proton oder Neutron verrät etwas über die Form dieser Teilchen. Daher messen hier drei enorm große und massive Spektrometer die Energie und den Impuls der gestreuten Elektronen.

  • Experiment: Markierte Photonen

    Mit Hilfe der beschleunigten Elektronen werden hochenergetische Photonen erzeugt. Das Spannende: Es ist genau bekannt, welches Photon von welchem Elektron erzeugt wurde. Diese Photonen werden anschließend bestimmten Materialien und werden anschließend in einem Ball aus Kristallen - dem Crystal Ball - detektiert.

  • Kontrollraum

    Das Herzstück der Anlage und Knotonpunkt für alle technischen Gerätschaften.

  • Endstation - Wie geht es weiter?

    Die Antworten die Experimente an MAMI und vergleichbaren Experimenten weltweilt liefern konnten haben natürlich neue drängende Fragen aufgeworfen. Neue Fragen, für die ein neuartiger Beschleuniger neue Antworten liefern soll. Wie es mit der Weiterentwicklung des MAMI, dem MESA, weitergehen wird, erfahren Sie hier.

Station 1

Beschleunigereinheit A

Hier nimmt der Weg für die Elektronen ihren Ursprung. Wie in jeder alten Fehrsehröhre treten auch hier Elektronen aus einem erhitzen Material und werden durch eine hohe Gleichspannung auf Touren gebracht. Anschließend wird darauf geachtet, dass man den Strom von Elektronen in Grüppchen von jeweils einigen tausend Elektronen unterteilt. Nach einem ersten "Warmlaufen" gelangen diese Pakete von Elektronen in eine Reihe von Hochfrequenzlinearbeschleunigern. Auf gerader Strecke werden die Elektronen durch ein Wechselspannungsfeld immer abwechselnd entlang ihrer Bewegungsrichtung angeschoben oder gezogen, und das Ganze abwechselnd alle 0.0002 Mikrosekunden.

Station 2

Beschleunigereinheit B

In der zweiten Ausbaustufe des Beschleunigers, dem MAMI B, erreichen die Elektronen bereits 855.1 MeV. In dieser einzigen Halle durchlaufen die Elektronen bereits einen großen Teil ihrer Beschleunigungsstrecke, nämlich etwa 3 km. Dafür drehen Sie in der Halle einige Runden. Mit jeder Runde steigt die Bewegungsenergie die Elektronen weshalb Sie nach jeder Umdrehung eine weiter außenliegende Bahn nutzen. Diese "Rennbahnen" lassen sich auf dem nebenstehenden Bild gut erkennen. Anschließend werden die Elektronen zu ihrem Zielort transportiert. Ein sogenannter "Kicker" gibt den Elektronen einen kleinen aber äußerst genauen Stoß und schickt Sie damit auf ihren weitern Weg. Auf dem Foto sind drei Richtungen anhand der Vakuumrohre gut zu erkennen.

Station 3

Spektrometer

Das Spektrometer ist ein möglicher Zeitort für die Elektronen. Hier angekommen treffen die Elektronen auf ein Target. Das Target ist das Zielmaterial welches man mit Hilfe der Elektronen untersuchen möchte. Die hohe Energie der Elektronen ist hier nötig um möglichst nah an die Atomkerne und eventuell in das Innere der Atomkerne zu gelangen. Die Elektronen werden abgelenkt und verlieren eventuell auch noch einiges an Energie. Sowohl die verlorene Energie als auch den Ablenkwinkel lassen sich messen. Aus den Daten können die WissenschaftlerInnen unter anderem die Form des Atomkerns oder seiner Bestandteile ermitteln.

Station 4

Markierte Photonen

Photonen zu erzeugen ist leicht (Stichwort Glühbirne). Photonen mit einer bestimmten Energie zu erzeugen ist schon schwieriger (Stichwort Laser). Photonen mit einer bestimmten und auch enorm hohen Energie zu erzeugen ist nochmal eine Stufe schwieriger. An dieser Station benutzen die Forschenden die Elektronen zur Erzeugung von Photonen durch die sogenannte Bremsstrahlung. Anschließend wird noch die Energie jedes einzelnen Elektrons gemessen und ermittelt, welches Elektron welches Photon erzeugt hat. Man sagt nun die Photonen wurden markiert. Mit diesen Photonen lässt sich einiges anstellen. Im Crystal Ball, einem Ball aus Natriumiodid-Kristallen, werden die Photonen unter nahezu jedem Winkel gemessen, nachdem diese mit einem bestimmten Material wie zum Beispiel Wasserstoff, Deuterium oder auch Blei wechselwirken konnten.

Station 5

Der Kontrollraum

Das Herzstück der Beschleunigeranlage ist ein Konglomerat aus Monitoren, Oszilloskopen und Signalverbindungen. In dieser Schaltzentrale werden alle Komponenten des Beschleunigers genauestens überwacht. Zur korrekten Funktion der Anlage wird insbesondere das Vakuum in den Strahlrohren, die Magnete und natürlich die Eigenschaften des Elektronenstrahls überprüft. Ein Blick auf das sogenannte Sicherheitspanel verrät, ob der Beschleuniger einsatzbereit ist, oder ob eventuell noch Zugang zu der Anlage besteht. Sobald alle Lichter des Sicherheitspanels grün leuchten, ist der Beschleuniger prinzipiell startklar.

Station 6

MESA - die nächste Generation

Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) baut aus Fördermitteln des Exzellenzclusters "Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter" (PRISMA+) einen neuen Elektronenbeschleuniger auf dem Gutenberg-Campus. MESA und die dazugehörigen Experimente erstrecken sich über mehrere unterirdische Stockwerke sowie eine neue Experimentierhalle im Rahmen des Forschungsbaus "Centrum für fundamentale Physik". Strahlbetrieb und Datennahme sind ab 2023 vorgesehen.

Vielen Dank für Ihr Interesse an dieser Führung!

Ihr Institut für Kernphysik mit freundlicher Unterstützung durch das Exzellenzcluster PRISMA+