Spindynamik von Elektronenstrahlen in Kreisbeschleunigern

Abstract

Spinpolarisierte Teilchenstrahlen bereichern seit den Experimenten von Stern und Gerlach physikalische Experimente in einer Vielzahl von Anwendungen. Gerade in der Hochenergiephysik kamen in der jüngeren Vergangenheit häufig polarisierte Teilchenstrahlen als elektromagnetische Sonde zum Einsatz. Teilchenbeschleuniger erwiesen sich hierbei als unverzichtbares Instrument zur Bereitstellung hochenergetischer Strahlen, mit deren Hilfe der Aufbau der Materie untersucht werden kann. Die in diesem Feld erzielten Fortschritte sind nicht zuletzt mit der Weiterentwicklungen von Beschleunigertechnologien verbunden. Im Vordergrund dabei steht das Erreichen hoher Strahlenergien und -intensitäten, brillanter Strahlen und hoher Polarisationsgrade. Insbesondere bei Kreisbeschleunigern gilt es Resonanzen zu vermeiden, da sie zu Strahlverlust oder, im Falle eines polarisierten Strahls, zur Depolarisation führen können. Die Untersuchung der Depolarisation von Elektronenstrahlen ist Gegenstand dieser Arbeit.

<strong>Spindynamics of Electron Beams in Circular Accelerators</strong><br /> Experiments using high energy beams of spin polarized, charged particles still prove to be very helpful in disclosing a deeper understanding of the fundamental structure of matter. An important aspect is to control the beam properties, such as brilliance, intensity, energy, and degree of spin polarization.<br /> In this context, the present studies show various numerical calculations of the spin dynamics of high energy electron beams in circular accelerators. Special attention has to be paid to the emission of synchrotron radiation, that occurs when deflecting charged particles on circular orbits. In the presence of the fluctuation of the kinetic energy due to the photon emission, each electron spin moves non-deterministically. This stochastic effect commonly slows down the speed of all numeric estimations. However, the shown simulations cover --- using appropriate approximations --- trackings for the motion of thousands of electron spins for up to thousands of turns.<br /> Those calculations are validated and complemented by empirical investigations at the electron stretcher facility ELSA of the University of Bonn. They can largely be extended to other boundary conditions and thus, can be consulted for new accelerator layouts.