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Wissenschaft & Forschung 20 Jahre Mainzer Mikrotron Ausbau der Anlage mit vierter Beschleunigerstufe Am Elektronenbeschleuniger der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, dem Mainzer Mikrotron (MAMI), wird seit 20 Jahren auf international höchstem Niveau geforscht. Entdeckungen über den Aufbau der kleinsten Teilchen unserer Materie brachten die MAMI-Wissenschaftler an die Weltspitze. Ende des Jahres enthält das Mikroton eine vierte Beschleunigerstufe. Die Geschichte des Elektronenbeschleunigers ist eine 20-jährige Erfolgsgeschichte. Wissenschaftler kommen aus der ganzen Welt, um am Mainzer Mikrotron zu experimentieren. Die Experimente liefern vor allem Grundlagenwissen über den Aufbau unserer Materie, besonders der Protonen und Neutronen. Sie sind aber auch für Anwendungen etwa in der Röntgentechnik oder der Magnetresonanztomographie mit Helium-3 nutzbar. Die unterirdische Forschungsanlage – Aufzüge führen etwa 10 Meter tief unter die Erde – [JOGU] 194/2005 Foto: Andreas Jankowiak besteht aus einer weltweit einzigartigen Kaskade von Rennbahn-Mikrotronen. Hierbei wird der Elektronenstrahl durch wiederholte Ablenkung mit Hilfe von Magneten immer wieder durch die gleiche Linearbeschleunigerstruktur geführt. Dadurch gewinnen die Elektronen beständig an Energie. Das besondere Merkmal von MAMI ist die außerordentlich hohe Qualität des erzeugten Elektronenstrahls. Zwar wird der Elektronenbeschleuniger „nur“ mit einer mittleren Energie von maximal 850 Megaelektronenvolt (MeV) betrieben. „Damit können wir nur Teilchen wie Nukleonen oder Pionen, aber keine Quarks sehen“, erklärt Prof. Dr. Thomas Walcher, Geschäftsführender Direktor des Instituts für Kernphysik. „Der Strahl ist allerdings sehr intensiv und erlaubt extrem genaue Messungen.“ Am Ende seiner „Rennstrecke“ trifft der Elektronenstrahl auf den Gegenstand der kernphysikalischen Forschung: den Atomkern. Er besteht aus Nukleonen, die als Protonen oder Neutronen vorliegen können und die selbst wiederum aus noch kleineren Quarks aufgebaut sind. Quarks werden als punktförmig angenommen und gelten als unteilbar, somit als elementare Bausteine. „Wir können hier Protonen oder Neutronen besonders gut als ganze Teilchen untersuchen und dann Rückschlüsse auf die vorhandenen Quarks ziehen“, erläutert Walcher. Prallt nun ein Elektron auf den Atomkern, so kann das Ergebnis der Kollision gemessen werden. Hierfür steht eine Anlage aus drei magnetischen Spektrometern zur Verfügung. 20 Der bereits vollständig aufgebaute 2.45GHz Linearbeschleuniger des HDSM (Harmonisches-Doppelseitiges-Mikrotron) ist bereits unter Vakuum und die Hochleistungs-Hochfrequenzsysteme (5 mal 50kW bei 2.45GHz) sind erfolgreich in Betrieb genommen worden. Damit können – auch dies ist einmalig in der Welt – gleichzeitig drei geladene Reaktionsprodukte hochpräzise nachgewiesen werden. Jedes der drei Spektrometer ist etwa 300 Tonnen schwer, das größte ist 13 Meter hoch. „MAMI C eröffnet uns Perspektiven für die kommenden zehn Jahre.“ Nun erhält das Mainzer Mikrotron für rund 15 Millionen Euro eine neue Beschleunigerstufe. Ende des Jahres wird diese vierte Stufe, MAMI C genannt, den Betrieb aufnehmen und den Elektronenstrahl auf eine Energie von 1.500 MeV bringen. Dazu wird in einem doppelseitigen Mikrotron der Elektronenstrahl durch zwei parallel angeordnete Linearbeschleuniger geschickt. Die Umlenkung des Strahls erfolgt durch zwei Magnetpaare. Für die Kernphysiker in Mainz bricht damit ein neues Forschungszeitalter an. „MAMI C“, so Walcher, „eröffnet uns Perspektiven für die kommenden zehn Jahre.“ Es können damit ganz andere Teilchensorten untersucht werden: andere Mesonen und Baryonen, Strange-Teilchen, Hyperonen, Kaonen und Eta- Teilchen. Parallel dazu soll in der theoretischen Physik eine neue Art von Modell, die Gittereichtheorie, etabliert werden. „Es gelingt uns heute ganz gut, immer tiefer in die Materie einzudringen und sie bis in die kleinsten Teilchen zu verstehen. Umgekehrt aber schaffen wir es nicht, aus den einfachsten Gesetzen eine Synthese zu bilden. Das heißt wir wissen nicht, wie man aus den einfachen Bausteinen und Kräften komplexe Systeme erzeugt. Hier liegt die zukünftige Herausforderung.“ ■ Information: http://www.kph.uni-mainz.de/
Kelten und Römer in Burgund Zur Geschichte der keltischen Stadt Bibracte Seit den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts besteht in dem kleinen Weiler Glux-en-Glenne das Forschungszentrum BIBRACTE, dessen Installation vom damaligen französischen Präsidenten Mitterand maßgeblich forciert wurde. Es koordiniert die multinationalen Forschungen in und um das keltische Oppidum Bibracte; seit Jahren ist es dank hervorragender Ausstattung und regem Austausch mit in- und ausländischen Forschern zum wichtigsten Zentrum für die Archäologie der Kelten geworden. Bibracte ist der Name einer keltischen Stadt (lat. oppidum) ganz in der Nähe des Forschungszentrums, auf dem Mont Beuvray. Sie war eine der bedeutendsten keltischen Städte im 1. Jahrhundert v. Chr. – bekannt vor allem durch Caesar, der dort seine Kommentare zum Gallischen Krieg verfaßte. Von 2005 bis 2008 wird in einem Projekt des Instituts für Vor- und Frühgeschichte der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des Römisch-Germanischen Zentralmuseums Mainz sowie der Université de Bourgogne gezielt das Umland der keltischen Stadt erforscht. Eine Gruppe von sechs Studierenden hat bereits Anfang des Jahres vier Wochen lang archäolo- gische Prospektionen in Burgund durchgeführt. Geleitet wurde diese Kampagne, die aus Mitteln des Forschungsfonds der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Freunde der Universität Mainz e.V. für das Jahr 2005 finanziert wurde, von Dr. Peter Haupt vom Institut für Vor- und Frühgeschichte und Dr. Martin Schönfelder vom Römisch-GermanischenZentralmuseum Mainz. Modernstes Vermessungsgerät: Geländeaufnahme im Wald Im Naturpark des Morvan, einem Mittelgebirge mit Höhen über 900 Meter, werden hierzu rund um das Bergmassiv des Mont Beuvray spätkeltische und frührömische Fundstellen aufgespürt. Das Arbeitsgebiet der diesjährigen, ersten Kampagne lag nur wenige Kilometer nördlich des keltischen Bibracte. Die archäologischen Feldarbeiten umfaßten drei Bereiche: Zum einen wurde das Gelände mikrotopographisch vermessen. Hierbei wurden alle wesentlichen Veränderungen des natürlichen Reliefs dokumentiert: ehemalige Wege, Gräben und vor allem Siedlungsterrassen, die treppenartig in die Hänge eingearbeitet sind. Die Geländeaufnahme erfolgte im tiefverschneiten Wald- und Wiesenareal mittels modernsten Vermessungsgerätes, das hierbei gleich einem Belastungstest 21 Fotos: Peter Haupt Campus international ausgesetzt wurde. Alle Daten sind in ein Geographisches Informationssystem (GIS) eingearbeitet und damit vielfältig auswertbar. Zum anderen wurden – nach der Schneeschmelze – Bodenaufschlüsse überprüft, die in Form von Wurzeltellern umgestürzter Bäume, Hohlwegwänden, Bachbetten sowie als Maulwurfshügel vorliegen. Gerade bei diesen Arbeiten ist der nicht geringe Weingenuß der Kelten zu Caesars Zeiten von Bedeutung: Der Wein wurde in hunderttausenden Amphoren importiert, die danach als Müll behandelt und entsorgt wurden. Deren ziegelrote Scherben finden sich nun überall im Bereich der Siedlungen und können als guter Anzeiger menschlicher Aktivität betrachtet werden. Schließlich trug eine studentische Arbeitsgruppe aus Dijon mit geomagnetischen Untersuchungen auf den Wiesen, deren Maulwurfshügel gleichzeitig erkundet wurden, zum Gelingen der Kampagne bei. Bodenaufschlüsse wurden überprüft, die in Form von Wurzeltellern umgestürzter Bäume, Hohlwegwänden, Bachbetten sowie als Maulwurfshügel vorliegen. Im Rahmen der Kampagne 2005 konnten 162 Wurzelteller sowie 1864 Maulwurfshügel untersucht werden; in jedem zweiten Untersuchungsobjekt waren Scherben und andere Funde als Spuren von Siedlungen der zweiten Hälfte des 1. Jahrhunderts v. Chr. nachweisbar. Hierdurch gelang es, eine mindestens 80 Hectar große Siedlungsfläche festzustellen – ein spektakuläres Ergebnis, betrachtet man die geringe Distanz von nur wenigen Kilometern bis zur keltischen Stadt Bibracte auf dem Mont Beuvray. In den nächsten Jahren werden die archäologischen Untersuchungen schrittweise auf das gesamte Areal um das Oppidum ausgeweitet werden. Nach erster Sichtung älterer Fundmeldungen ist mit wichtigen Ergebnissen zur Geschichte der keltischen Stadt am Ende der keltischen Eisenzeit und am Beginn der römischen Herrschaft zu rechnen. Zudem werden – fast beiläufig – neue archäologische Untersuchungsmethoden entwickelt. ■ Auf den Spuren Caesars: Scherben von römischen Weinamphoren mit Herstellerstempeln aus dem Musée Bibracte in Burgund. [JOGU] 194/2005
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