OLYMPUS Ein neues Experiment bei DORIS

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1 OLYMPUS Ein neues Experiment bei DORIS Uwe Schneekloth DESY WA Sitzung

2 Übersicht Motivation des OLYMPUS Experiments BLAST/OLYMPUS Detektor Messungen bei DORIS Umbau der DORIS Wechselwirkungszone OLYMPUS Kollaboration Zeitplan Zusammenfassung U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 2

3 Motivation OLYMPUS Experiment Ziel ist Messung des Verhältnisses der elektrischen und magnetischen Formfaktoren des Protons Formfaktoren beschreiben die Verteilung von Ladung und Magnetismus im Proton Formfaktoren seit ~50 Jahren gemessen, u.a. bei DESY Messungen bis vor einigen Jahren konsistent In den letzten Jahren neue Messungen mit Polarisation (JLAB), die signifikante Abweichung zeigen. Anderes Messverfahren. Vermutung, dass die Abweichung durch Beiträge höherer Ordnung verursacht wird (Zwei-Photonaustausch) Neue, präzise Messung erforderlich Methode: elastische Elektron (Positron) Proton Streuung Verhältnis der Raten e + p/ e - p zeigt, ob Zwei-Photonaustausch vorhanden ist U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 3

4 Elastic e N Scattering/Form Factors Nucleon elastic form factors: electric G E and magnetic G M Fundamental observables describing distribution of charge and magnetism in proton and neutron Described by quark structure of proton. Will be calculable in lattice QCD For ~ 50 years unpolarized cross section measurements have determined G p E and Gp M using the Rosenbluth separation σ red = dσ/dω [ε(1+τ)/σ Mott ] = τg M2 + εg 2 E τ = Q 2 /4M 2 P ε = [ 1 + 2(1+τ)tan 2 θ/2 ] -1 (transverse virtual photon polarization) U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 4

5 The Parton Model of Hadron Physikbuch (1982) Perkins Introduction to High Energy Physics DESY Messungen G. Weber Electron Photon Conf., Stanford 1967 In principle, double U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 5

6 Proton Form Factor Ratio Jefferson Lab (recoil polarization technique) Dramatic discrepancy All Rosenbluth data from SLAC and Jlab in agreement. Dramatic discrepancy between Rosenbluth and recoil polarization technique Interpreted as evidence for two photon exchange U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 6

7 Calculation of Two Photon Exchange P.G. Blunden et al. Only experiment can definitively resolve the contributions beyond single photon exchange Measure ratio of positron proton/electron proton cross sections U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 7

8 OLYMPUS Experiment bei DORIS Elastische e + (e - ) p Streuung bei 2 GeV Messung Verhältnis der Raten e +/ e - mit 1% Genauigkeit DORIS 100mA e + (e - ) Strahl Unpolarisiertes internes Wasserstofftarget (wie HERMES), Dichte 3 x at/cm 2 Regelmässiges Umschalten e + /e - und Umpolen des Detektormagnet (täglich) um systematische Fehler zu reduzieren Redundante Messung der Luminosität Vergleich Daten, Theorie und erwartete OLYMPUS Sensitivität U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 8

9 BLAST Detektor MIT/BATES Bestehender BLAST Detektor bei MIT/BATES Gas Target (Wasserstoff) Toroidmagnet Driftkammern und Szintillatoren wird in den USA demontiert DESY U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 9

10 BLAST Detector at MIT/BATES Left-right symmetric Large acceptance: 0.1 < Q 2 /(GeV/c) 2 < o < q < 80 o, -15 o < φ < 15 o COILS B max = 3.8 kg DRIFT CHAMBERS Tracking, PID (charge) dp/p=3%, dq = 0.5 o CERENKOV COUNTERS e/p separation SCINTILLATORS Trigger, ToF, PID (p/p) NEUTRON COUNTERS Neutron tracking (ToF) BEAM COILS NEUTRON COUNTERS DRIFT CHAMBERS TARGET CERENKOV COUNTERS BEAM SCINTILLATORS U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 10

11 BLAST Detektor Driftkammern U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 11

12 OLYMPUS Detektor bei DORIS in früherer ARGUS Wechselwirkungszone Detector not to scale U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 12

13 ARGUS/OLYMPUS Wechselwirkungszone Kavitäten an ursprünglichen Standort versetzten U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 13

14 OLYMPUS Detektor bei DORIS U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 14

15 OLYMPUS Detektor bei DORIS Strahl U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 15

16 OLYMPUS Detektor bei DORIS Strahl ARGUS Schienen U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 16

17 Internes Gas Target Übersicht Dichte 3 x at/cm 2 Targetkammer, MIT Targetzelle, Ferrara U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 17

18 OLYMPUS Kollaboration OLYMPUS Kollaboration: etwa 50 Physiker, 15 Institute Arizona State University, USA DESY, Hamburg, Germany Hampton University, USA INFN, Bari, Italy INFN, Ferrara, Italy INFN, Rome, Italy Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA Petersburg Nuclear Physics Institute, Russia Universität Bonn, Germany University of Colorado, Boulder, USA University of Glasgow, UK University of Kentucky, USA Universität Mainz, Germany University of New Hampshire, USA Yerevan Physics Institute, Armenia Management Sprecher: R.Milner, MIT Stellv. Sprecher: R.Beck, Bonn Technische Koordinatoren: D.Hasell, MIT und U.S. Halleningenieur: J. Hauschildt U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 18

19 Umbau von DORIS Einbau von Polwendern F.Brinker Schnelles Umschalten von Elektron- und Positronbetrieb, wie Vorbeschleuniger Polwender weitgehend vorhanden (HERA), 16 neue werden gebraucht Quadrupolmagnete Ein zusätzliches Quadrupolpaar um β Funktion zu reduzieren Kicker DESY: ein Kicker, DORIS: zwei Kicker plus Ersatz Vakuumsystem Keine neuen Kammern erforderlich Neue Ventile zwischen DORIS und Experiment OLYMPUS Targetkammer mit Übergangsstücken, Design und Bau MIT Kavitäten Zwei HF Kavitäten müssen an ihren ursprünglichen Ort versetzt werden Umverlegung von Signalkabel im IP Bereich Umbau der Abschirmung einschliesslich Interlock Umbau HF Labor (DORIS ringaussen) Abbau des ARGUS Detektors U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 19

20 DORIS Halle / ARGUS ARGUS Detektor steht seit Beendigung der Datennahme in der DORIS Halle Beliebtes Ziel bei PR Führungen Abbau Mitte November begonnen U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 20

21 DORIS Halle / ARGUS Abbau ARGUS Abbau fast abgeschlossen (Status letzte Woche) Techniker aus Yerevan (OLYMPUS Gruppe) U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 21

22 ARGUS Wiederaufbau/Ausstellung PETRA HF Halle Sicht vom Betriebsrat PETRA Tunnel U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 22

23 OLYMPUS Infrastruktur Toroid Stromversorgung (1.6 MW) Transformator, Netzgerät und Verkabelung (Geräte sind vorhanden) Toroid Kühlung Ausschluss an vorhandene DORIS Kühlung Verkabelung, Gasversorgung... Gesamtaufwand für DORIS Umbau und OLYMPUS Infrastruktur ca. ½ M U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 23

24 OLYMPUS Status und Zeitplan Nov PRC Internal Discussion: Experiment at DORIS Nov Proposal im PRC, Direktorium zur Genehmigung vorgeschlagen Dez Vorläufige Genehmigung des Direktorium (Bedingungen) Sept technische Begutachtung durch PRC (DOE) Nov Finanzierungszusage durch DOE und NSF Dez Genehmigung durch Direktorium ARGUS Abbau Nov Feb Winter 2010 Abbau BLAST Detektor bei MIT Frühjahr 2010 Transport zu DESY, anschliessend Aufbau in DORIS Halle Winter Shutdown 2010/11 Umbau DORIS WWZ Sommer 2011 OLYMPUS in Strahlposition Anfang 2012 erste Datennahme (25 Tage) Okt. Dez zweite Datennahme (2 Monate) U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 24

25 Schedule Constraints Activities, in particular heavy construction work modification of DORIS moving-in of OLYMPUS detector commissioning of detector and data taking should not disturb scheduled synchrotron radiation experiments at DORIS and PETRA (PETRA will be operating in top-up mode) Accelerator shutdown or dedicated beam time Modification of DORIS IR scheduled during DORIS winter shutdown 2010/11 Moving-in of OLYMPUS detector during short summer shutdown 2011 First data-taking period during PETRA shutdown 2012 Second data-taking period after end of nominal DORIS operation for SR users/during PETRA shutdown/modification 2012 Schedule discussed/agreed with DESY M, FS and FH directors U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 25

26 Zusammenfassung Das OLYMPUS Experiment ermöglicht eine wichtige Messung zum Verständnis der Proton Formfaktoren mit relativ geringem Aufwand Beschleuniger und Detektor sind bereits vorhanden, nur geringe Modifikationen erforderlich U.Schneekloth Das OLYMPUS Experiment 26