U Rostock

U Greifswald

HU Berlin

TU Dresden

HZDRHI JenaU Jena

U Lüneburg

TU Braunschweig

U Göttingen

U Kassel

U Gießen

U Münster

U Duisburg‐Essen

U Düsseldorf

U Erlangen‐Nürnberg

TU München

U München

U Stuttgart

TU Kaisers‐lautern

U Frankfurt

TU DarmstadtFAIR / GSI

MPIKU Heidelberg

HS Rhein‐MainU MainzHI Mainz

PHELIX

Die internationale Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) entsteht derzeit auf dem Gelände des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung bei Darmstadt.

APPA R&D – Verbundforschung bei FAIR STEFAN SCHIPPERS1 UND THOMAS STÖHLKER2,3 FÜR DIE APPA-KOLLABORATIONEN

1I. Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen2GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt3Helmholtz-Institut Jena

APPA (Atomic and Plasma Physics and Applications) ist neben

CBM, NUSTAR und PANDA eine der vier Forschungssäulen von

FAIR. Unter dem Dach von APPA agieren die Forschungs-

kollaborationen

• BIOMAT (Biophysik und Materialforschung),

• FLAIR (Physik mit Niederenergie-Antiprotonen),

• HED@FAIR (Plasmaphysik),

• SPARC (Atomphysik).

Luftbild – September 2018 Foto: Till Middelhauve/FAIR/GSI

Existierende (blau) und geplante (rot) Beschleunigeranlagen bei GSI/FAIR.

APPA ist an den gelb markiertenInstallationen aktiv.

APPA white paper

APPA - Cave bei FAIR

HED@FAIRStrahlrohr

SPARC/BIOMATStrahlrohr

Protonen (10 GeV): 2 x 1013 p/Puls

U28+ (2 GeV/u):     5 × 1011 Ionen/Puls

U92+ (10  GeV/u):  108 Ionen/s

Nutzereinrichtung

mehrere Target‐Stationen

flexible Detektoraufbauten

flexible Strahlformung

externe Treiber

SPARC & HED@FAIR

16 geförderte Anträge

Physik der kleinsten TeilchenKoordinator: S. Schippers (Gießen)

APPA R&D – aktuelle BMBF-Verbundförderung

Materialforschung

4 geförderte Anträge

Kondensierte MaterieKoordinatorin: M. Schleberger (Duisburg/Essen)

0,88 0,91 0,94 0,97 1,00 1,03 1,06 1,09 1,120,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

bea

m in

tens

ity (ar

b. u

nits

)

f / f0

uncooled beam electron cooled beam

p/p ~ 10-5

Von einzelnen Ionen biszu den höchsten Intensitäten

0.95

0.87

0.77

0.44

0.67

0.80

0.62

0.57

0.52

0.48

0.40

inte

nsity

/ ar

b. u

nits

127300 127400 127500 127600 127700 127800 127900 128000 128100 128200

reco

rdin

g tim

e / s

econ

ds

0

30

60

90

120

150

180

240

192 81+Pb

192 81+Tl

frequency / Hz

e capture

Q = 3.37MeV

-

ec

Hochgeladene Ionen (z.B. U92+) und exotische Kernevon den niedrigsten (0 eV) bis zu relativistischen Energien (bis zu 6 GeV/u)

weltweiteinzigartig

Fallen und Speicherringe bei FAIR

Ion

enen

erg

ie (

MeV

/u) Strahlkühlung:

Der Schlüssel zur Präzision

Geförderte Projekte 2019-2021 (Physik der kleinsten Teilchen)

• Entwicklung eines Kalibrierungsinstruments für hochintensive Laserlichtquellen, Humboldt-Universität zu Berlin

• Entwicklung und Anwendung lasergestützter Techniken für SPARC, Technische Universität Darmstadt

• Entwicklung und Aufbau des Targets für HED, Technische Universität Darmstadt

• Vorbereitung und Durchführung von APPA-Experimenten in der FAIR-Phase-0, Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt am Main

• Reaktionsstudien mit Ionenspeicherringen, Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt am Main

• Elektron-Ion-Stoßspektroskopie an den Ionenspeicherringen bei FAIR, Justus-Liebig-Universität Gießen

• Entwicklung eines hochauflösenden Seya-Namioka-Fluoreszenzspektrometers für Experimente an Speicherringen für hochgeladene Ionen, Universität Kassel

• Anwendung neuer photonischer Methoden zur Präzisionsspektroskopie an gespeicherten, hochgeladenen Ionen, Friedrich-Schiller-Universität Jena

• Entwicklung von spektroskopischen Methoden für 'Day-1' Plasmaphysik-Experimente an FAIR, Friedrich-Schiller-Universität Jena

• Fluss-Rampen-SQUID-Multiplexing für Kilo-Pixel Mikrokalorimeter-Arrays, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

• I-BEAT, Ultraschall-basiere Energiemessung einzelner Ionenpakete, Ludwig-Maximilians-Universität München

• Entwicklung eine Fluoreszenzdetektors für das Laserkühlen am SIS 100 sowie Experimente mit Detektions- und Präzisions-HV-Systemen in FAIR-phase-0,

Westfälische Wilhelms-Universität Münster

appa-rd.fair-center.eu

Gemeinsames Forschungsthema ist die Erforschung der Bausteine

und Phänomene der Materie unter extremen Bedingungen

(hohe Felder, Dichten, Drücke und Temperaturen).

Der vom BMBF im Rahmen der Verbundforschung geförderte Forschungsverbund APPA R&D umfasst die deutschen Universitätsgruppen, die sich

im Rahmen des internationalen APPA-Verbunds für die Forschung an der zukünftigen internationalen Beschleunigeranlage FAIR engagieren.

Gegenstand des Forschungsverbunds APPA R&D sind thematisch abgestimmte Forschungsprojekte im Bereich beschleunigergestützter

Experimente mit schweren Ionen an der zukünftigen FAIR-Anlage. Zentrale Punkte dabei sind:

• Fortentwicklung der Großgeräteinfrastruktur, vor allem Forschung und Entwicklung zur Steigerung der wissenschaftlichen Leistungsfähigkeit

vorhandener Anlagen sowie zukünftiger Beschleuniger- und Detektorsysteme einschließlich der entsprechenden Basistechnologien und

• Aufbau der APPA-Experimente in den Modulen 0-3 der Modularisierten Startversion von FAIR.

Karte deutscher Universitätsgruppen, die im Rahmen von APPA aktiv sind. Nicht alle Gruppen haben einen Antrag auf Verbundförderung gestellt.

Geförderte Projekte 2016-2019 (Kondensierte Materie)

• Untersuchung der Teilchenemission von Oberflächen bei Beschuss mit hochenergetischen Ionen, Universität Duisburg-Essen

• Hochenergie-Ionen-induzierte Elektronen- und Röntgen-Emission zur Analyse der Auswirkung von Schwerionenbestrahlung auf Beschleuniger-

und Nano-Materialien, Technische Universität Darmstadt

• Spektroskopische Analyse schwerioneninduzierter Veränderungen in Materie unter hohen Drücken und Temperaturen, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg