Oder auch: Wie hütet man eine Herde Deuteronen? In jedem Messzyklus arbeiten wir mit einigen Milliarden Deuteronen, die im Beschleuniger kreisen – also etwa so viele wie es Menschen auf der Erde gibt.  Für unsere Messungen ist es notwendig, dass sich möglichst viele diese Deuteronen über den gesamten Messzyklus genau gleich verhalten. Für die Präzession des Spins bedeutet das in unserem Fall, dass die Deuteronen völlig synchron etwa 100 Million Pirouetten drehen müssen.

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Wer meine Beiträge bis hier aufmerksam gelesen hat, dem wird vielleicht etwas aufgefallen sein. Einerseits habe ich geschrieben, dass wir elektrische Dipolmomente messen wollen und dass man hierzu starke elektrische Felder braucht, andererseits ist der Beschleuniger und Speicherring COSY – an dem wir unsere technischen Entwicklungen testen und erste Messungen am Deuteron durchführen wollen – ein rein magnetischer Ring. Wie passt das zusammen?

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Da ich so langsam auch mal bei dem ankommen möchte, was wir so an Experimenten an COSY machen, will ich diesen Beitrag dazu nutzen ein wenig darauf einzugehen, wie denn ein Beschleuniger funktioniert. Und weil ich selbst kein Beschleunigerphysiker bin, sondern mich besser mit Teilchendetektoren und Streuexperimenten auskenne, verspreche ich, dass das ganze auch nur unwesentlich komplizierter wird als Bömmels Erklärung der „Dampfmaschin“. Experten mögen mir meine starken Vereinfachungen verzeihen.

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Nachdem wir die Präzession des Spins als wichtige Beobachtungsgröße in der Messung eines elektrischen Dipolmoments ausgemacht haben, müssen wir auch in der Lage sein die Richtung dieses Spins verfolgen zu können. Bisher ist in meinen Beiträgen der Drehimpuls eines Teilchens immer nur als blauer oder schwarzer Pfeil aufgetaucht. So einfach macht es uns die Natur aber natürlich nicht. Wenn man wissen will, in welche Richtung der Spin zeigt, muss man Messungen durchführen – und die haben natürlich auch einen Einfluss auf das System, dass ich beobachten will.

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So ein Kreisel ist schon ein seltsames Ding. Wenn man seine Achse in eine bestimmte Richtung drehen will, wird sie nicht einfach folgen. Stattdessen wird der Kreisel mit seiner Achse zur Seite ausweichen. Das widerspricht zwar irgendwie unseren naiven Erwartungen, aber jeder Fahradfahrer nutzt genau dieses Prinzip intuitiv zum Kurvenfahren – und wir nutzen es zur Messung elektrischer Dipolmomente.

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Elektrische Dipolmomente sind im Alltag eigentlich nichts besonders. Sie entstehen, wenn die Schwerpunkte von positiver und negativer Ladung in einem Objekt gegeneinander verschoben sind. Ohne sein Dipolmoment hätte z.B. das Wasser, auf dem unser aller Leben beruht, andere physikalische Eigenschaften. Auf der Ebene von Protonen und Neutronen sieht das aber ganz aus.

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Bild oder Spiegelbild? Können wir eine Welt von einer Spiegelwelt unterscheiden? Unsere Erfahrungen mit dem täglichen Blick in den Spiegel scheinen eher für ein „Nein“ zu sprechen und in der Tat glaubte man das auch lange Zeit: alle Naturgesetze schienen symmetrisch bzgl. einer Spiegelung zu sein. Dass dem nicht so ist, wurde erst 1956 von Chien-Shiung Wu in dem nach ihr benannten Wu-Experiment gezeigt.

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