COmmon Myon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy

Das COMPASS-Experiment (NA58) ist ein Fixed-Target-Experiment am CERN (European Organization for Nuclear Research). Zum einen wird mit Hilfe von tiefinelastischer Leptonstreuung die Spinstruktur des Nukleons untersucht, zum anderen durch diffraktive Streuung und zentrale Produktion das Spektrum der leichten Hadronen erforscht. Dazu werden Myon- bzw. Hadronstrahlen mit hoher Energie und Intensität verwendet.

Die COMPASS-Arbeitsgruppe des Instituts für Kernphysik der Universität Mainz betreut die CEDAR-Detektoren und das Triggersystem des COMPASS-Experiments in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe des Physikalischen Instituts der Universität Bonn.

Das COMPASS-Experiments untersucht die Struktur von Hadronen (stark wechselwirkende Teilchen). Dabei spielt die Wechselwirkung der Quarks, Antiquarks und Gluonen, aus denen diese Teilchen aufgebaut sind, eine zentrale Rolle. Diese Wechselwirkung wird durch die starke Kraft dominiert, die durch die Quantenchromodynamik (QCD) beschrieben wird. Die bisherigen Beschreibungen der Hadronen weist jedoch große theoretische Unsicherheiten auf, da eine störungstheoretische Behandlung nicht möglich ist.
Das COMPASS-Experiment verfolgt zwei experimentelle Ansätze zum besseren Verständnis der Hadronstruktur. Im sogenannten Myonprogramm soll die Spinstruktur von Nukleonen mittels tiefinelastischer Streuung von polarisierten Myonen an einem polarisierten Target vermessen werden. Dabei sollen insbesondere der Beitrag der Gluonen zum Nukleonenspin gemessen werden und die transversalen Partonverteilungsfunktionen (PDF). Im sogennanten Hadropgrogramm wird ein hadronischer Strahl zur Hadronspektroskopie verwendet. In dieser Messperiode wird das Spektrum der leichten Hadronen vermessen, um nach exotischen Resonanzen und Gluebällen zu suchen. Ein weiteres Ziel des Hadronprogramms ist die Messung der Pionpolarisierbarkeit mit Hilfe des Primakoff-Effekts.
Im COMPASS-Experiment wird ein feststehendes Target verwendet. Das Spektrometer erlaubt Messungen bei hoher Luminosität mit einer exzellenten Teilchenidentifikation und Winkelakzeptanz. Durch die Unterteilung des Spektrometers in zwei Stufen erreicht man eine hohe Auflösung über einen großen kinematischen Bereich. Beide Stufen beginnen mit einem Spektrometermagneten sowie Spurdetektoren zur Impulsmessung. Darauf folgen jeweils ein elektromagnetisches und ein hadronisches Kalorimeter zur Energiebestimmung. Den Abschluss der Stufen bilden dicke Absorberwände mit nachfolgenden Spurkammern, die der Myonidentifikation dienen. Die erste Stufe, das Large Angle Spctrometer (LAS), ist für große azimuthale Streuwinkel ausgelegt und enthält zusätzlich einen ringabbildenden Cherenkovdetektor (RICH) zur Teilchenidentifikation.

Eine detaillierte Beschreibung des Spektrometers findet sich unter folgender Publikation.