Ursprünglich war der DORIS-Beschleuniger bei DESY für die Teilchenphysik gebaut worden. Später diente der Speicherring als intensive Röntgenquelle. Mit dem letzten Experiment an DORIS kehrten die Forscher zu den Wurzeln zurück: Bis Anfang 2013 nahm der OLYMPUS-Detektor Messdaten, um neue Details über das Verhalten des Protons herauszufinden.

Ein Experiment am Jefferson Lab in den USA hatte in Elektron-Proton-Kollisionen Ungereimtheiten entdeckt, die Messwerte stimmten nicht mit denen älterer Versuche überein. Eine Erklärung für die Abweichungen könnte sein, dass bei manchen Kollisionen nicht nur ein Photon ausgetauscht wird, sondern mehrere. Diese These soll OLYMPUS testen. Im Falle eines Mehr-Photonen-Austauschs sollten sich Unterschiede ergeben, je nachdem, ob die Protonen mit Elektronen oder mit Positronen (den Antiteilchen der Elektronen) kollidieren.

Einzigartige Bedingungen bei DESY

Zu diesem Zweck baute das Team den OLYMPUS-Detekor an DORIS auf. Der Detektor selbst war nicht neu, sondern bestand zum größten Teil aus dem BLAST-Detektor, der am BATES-Beschleuniger des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA von 2002 bis 2005 im Einsatz war. Grund für den Umzug waren die einzigartigen Bedingungen, die DORIS bot: Der Speicherring konnte sowohl mit Elektronen als auch mit Positronen betrieben werden, und das Umschalten zwischen beiden Teilchenarten war innerhalb von nur zehn Minuten möglich.

Die OLYMPUS-Forscher brauchten für ihre Messungen sowohl Elektronen als auch Positronen, die sie auf ein Ziel aus Wasserstoff im Inneren des Detektors lenkten. Am MIT konnte das Experiment nur mit Elektronen betrieben werden. Doch nur mit beiden Teilchenarten lassen sich Hinweise auf bisher unentdeckte Beiträge höherer Ordnung finden. Regelmäßiges Umschalten zwischen beiden Teilchenarten erhöht zudem die Präzision der Untersuchung.

Erfolgreiche Datennahme

2010 wurde der Detektor nach Hamburg verschifft – eine 50-Tonnen-Apparatur fast so groß wie ein Einfamilienhaus. Nur wenige Umbauarbeiten waren nötig, dann passte OLYMPUS in den DORIS-Ring. 2012 liefen die Messungen über insgesamt drei Monate. Mit der Abschaltung von DORIS im Januar 2013 endete die Datennahme. Nun werten die Wissenschaftler die Messdaten aus – und hoffen, Ergebnisse mit einer Ungenauigkeit von weniger als einem Prozent zu erzielen.