MESA – Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator

Mit MESA erkunden wir die Möglichkeiten, die die kürzlich etablierte Energy-Recovery-Linac (ERL) Beschleunigertechnologie für physikalische Experimente 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].

Der MESA Beschleuniger und die dazugehörigen Experimente werden sich über mehrere Untergeschosse erstecken und umfassen auch eine neue Experimentierhalle, die im Rahmen des Forschungsbaus CFP errichtet werden wird. Inbetriebnahme und erste Datennahme ist für 2023 vorgesehen.

MESA ist nicht nur ein bahnbrechendes Projekt für ERL-Anwendungen, der Beschleuniger ebnet auch den Weg für wichtige Experimente in der Teilchenphysik. Mehrere Schlüsselexperimente befinden sich derzeit in der Entwicklung. Zwei davon, P2 und Magix, sind bereits in einem fortgeschrittenen Entwicklungsstadium.

Das P2-Experiment, das im Betriebsmodus mit einem extrahierten Strahl (extracted beam) durchgeführt wird, wird existierende Messungen des elektroschwachen Mischungswinkels bei niedrigen Energien um mehr als eine Größenordnung übertreffen. Darüber hinaus ermöglicht es eine neue Generation von Experimenten zur Paritätsverletzung, die für die Bestimmung der Neutronenhaut von schweren Kernen benötigt werden. Mit Magix ergibt sich weltweit erstmals die Möglichkeit, einen hochintensiven ERL-Strahl in Kombination mit einem internen Gas-Target zu betreiben. Das MAGIX Vielzweckspektrometer erlaubt außerdem die präzise Messung der Formfaktoren des Protons sowie die Suche nach dunklen Photonen. Die direkte Suche nach Dunklen Materie Teilchen wird im Strahlfänger-Experiment BDX verfolgt werden und wird von der außergewöhnlich hohen Zahl von beschleunigten Elektronen im MESA Beschleuniger profitieren.

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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).

[3] H. Merkel et al., Search at the Mainz Microtron for Light Massive Gauge Bosons Relevant for the Muon g-2 Anomaly, Phys. Rev. Lett. 112, 221802 (2014)