Der 4 -Detektor

 
Abbildung 2.1:   Der komplett ausgebaute 4 -Detektor. Zum Zeitpunkt des Au+Au bei 1AGeV Experimentes im Dezember 1992 befanden sich der Barrel und das Helitron noch im Aufbau. Eingesetzt wurden bei diesem Experiment die äußere Plastikwand (Plastic Wall), das Zero Degree Hodoskop und die CDC. Die Parabola und die Rosace wurden nicht benutzt. Sie dienen als E-Detektoren zur Erniedrigung der Energieschwellen für Clustermessungen bei kleinen Einschußenergien.

Der in Abbildung 2.1 schematisch gezeigte 4 -Detektor wurde für den möglichst kompletten Nachweis aller geladenen Reaktionsprodukte aus zentralen Kern-Kern Stößen bei Energien zwischen 100AMev und 2000AMeV konzipiert. Dieser Energiebereich ist zu niedrig für eine Teilchenidentifikation mit Hilfe der Kalorimetrie wie in der Hochenergiephysik. Andererseits ist die Energie der Teilchen zu groß für die klassische Methode der Niederenergiephysik, die Identifikation durch eine E-E Messung. Selbst wenn der Szintillator dick genug wäre, um die Teilchen für eine Energiemessung zu stoppen, würden die Verluste durch Kernreaktionen im Szintillator die Messung unbrauchbar machen. So bleibt zur Teilchenidentifikation nur die Messung der Krümmung der Teilchenspuren in einem Magnetfeld mit einem Tracking-Detektor. Ist eine Auftrennung in die einzelnen Isotope nicht nötig, genügt eine Messung des Energieverlustes und der Flugzeit zur Identifikation der Ladung eines Teilchens.

 
Abbildung 2.2:   Akzeptanz des 4 -Detektors für das Zero Degree Hodoskop (ZERO), die äußere Plastikwand (PLAWA) und die zentrale Driftkammer (CDC) für normierte Transversalimpulse gegen normierte Rapidität. So ist diese Darstellung von der jeweiligen Projektilenergie unabhängig. Die unteren Energieschwellen sind nicht eingezeichnet.

Eine gute Massenauflösung ist zur Untersuchung von Mesonen unbedingt erforderlich, während für Messungen der Clusterproduktion bei niedrigen Energien eine Ladungsidentifikation genügt. Weil ein großer Teil der Mesonen (>50%) bei den zur Mesonenproduktion nötigen höheren Projektilenergien in den Laborwinkelbereich oberhalb von 30  emittiert wird, ist dort der Einsatz eines Tracking-Detektors in einem Magnetfeld nötig. Unter kleineren Winkeln ist eine Flugzeitwand zur Ladungstrennung zusammen mit einigen Teleskopen zur Messung der Isotopenzusammensetzung vorerst ausreichend. Wichtiger ist in diesem Bereich wegen der großen Teilchenmultiplizität bei schweren Systemen und hohen Energien eine hohe Granularität der Flugzeitwand. Erforderlich sind hier aber auch -- besonders bei kleinen Einschußenergien -- niedrige Energieschwellen zur Messung von Clustern, die vorwiegend bei kleinen Laborwinkeln emittiert werden.

Der 4 -Detektor besteht daher aus zwei separaten Einheiten und auch der Aufbau selbst erfolgte in zwei Abschnitten: Phase1 umfaßt die Vorwärtshemisphäre im Laborwinkelbereich zwischen 1.2  und 30 . Er besteht aus der inneren Flugzeitwand (Zero Degree Hodoskop), dem davor installierten E-Detektor (Rosace) und der äußeren Plastikwand (Plastic Wall), vor der zur Verringerung der Energieschwellen zusätzliche Ionisationskammern (Parabola) aufgestellt werden können. Erste Experimente mit diesem Detektorsystem fanden im Jahr 1991 bei Energien von 150AMeV bis 800AMeV statt und beschäftigten sich mit Clusterproduktion und Flußphänomenen [Wie93, Sod94]. Mit diesem Aufbau war nur eine Ladungs- aber keine Massenidentifikation möglich.

Der Ausbau der Phase2 erfolgte wiederum in zwei Stufen. Der Hauptbestandteil ist ein supraleitender Solenoid mit einer maximalen Feldstärke von 0.6Tesla. In ihm befindet sich die zentrale Driftkammer (Central Driftchamber: CDC), die den Laborwinkel zwischen 30  und ca. 140  abdeckt. Der obere Winkelbereich ist wegen der Kammergeometrie nicht scharf definiert. Der größte Winkel unter dem eine Teilchenspur noch Hits auf dem äußersten Draht produziert, beträgt 135 , für den innersten Draht liegt dieser Winkel bei 150 . Bei etwa 140  spricht noch die Hälfte aller Drähte an. In den Akzeptanzbereich der CDC werden bei einer Projektilenergie von 1AGeV und einem symmetrischen System etwa 70% der produzierten Pionen emittiert. Die CDC ist daher schon alleine geeignet, um offene Fragen zur Pionenproduktion zu klären. Das erste Experiment (Au+Au bei 1AGev) mit dieser Konfiguration (ohne die Parabola) lieferte die Daten für diese Arbeit.

Im Aufbau befindet sich im Moment ein zylindrischer Mantel aus wassergefüllten Cherenkov-Detektoren und Plastikszintillatoren (Barrel) um die CDC. Er soll die Trennung von Kaonen, Pionen und Protonen zu höheren Impulsen hin ermöglichen. Im Streufeld des Magneten wird eine weitere Driftkammer (Helitron) installiert. Mit dem Helitron ist in Kombination mit der Plastikwand eine Massenauflösung bis zu den Heliumisotopen in der vorderen Hemisphäre möglich.

Im folgenden werden die bei diesem Experiment eingesetzten Detektorkomponenten - Zero Degree Hodoskop, Plastikwand und CDC - näher beschrieben.