Preparation of a high-precision X-ray detector for kaonic atom measurements at J-PARC and DAΦNE

Eines der wichtigsten, ungelösten Probleme im Gebiet der Niedrigenergie-QCD der Hadronenphysik ist die Antikaon-Nukleon Wechselwirkung nahe der Produktionsschwelle. Diese Wechselwirkung kann jedoch Licht auf eine der fundamentalsten Fragen der Physik werfen: die Frage der Erzeugung von Hadronenmassen. Zwei Experimente (E57 am J-PARC Beschleuniger und SIDDHARTA-2 am DAFNE Beschleuniger) wurden beantragt um den Beitrag der starken Wechselwirkung am Grundzustand von kaonischem Deuterium zu untersuchen. Der Grundzustand von kaonischem Deuterium ist aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen dem Strange-Quark im Kaon und den Quarks im Kern verschoben und verbreitert. Diese Verschiebung und Verbreiterung soll mithilfe von einem neu entwickelten X-ray-Detektorsystem mit einer Präzision von 60 eV beziehungsweise 140 eV bestimmt werden. Das Detektorsystem besteht aus 48 Silizium-Drift-Detektoren (SDDs), welche am Stefan Meyer Institut für Subatomare Physik getestet wurden. Diese Testmessungen beinhalteten Stabilitätsmessungen, eine Bestimmung der Driftzeit, eine Evaluation der Crosstalk-Wahrscheinlichkeit und mehrere Tests an verschiedenen Verstärkerboards um die beste Energieauflösung zu erzielen. Vier dieser SDD-Arrays wurden im Experiment E62 zur Messung von kaonischem Helium am J-PARC verwendet, um die SDDs erstmalig im Umfeld eines Beschleunigers zu testen. Die erzielten Resultate bestätigten den hervorragenden Arbeitsbetrieb der SDDs und unterstrichen, dass die SDDs bereit für den Einsatz in den Experimenten E57 und SIDDHARTA-2 sind.The antikaon-nucleon interaction close to threshold is one of the most important unsolved problems in the field of low-energy QCD in hadron physics. This interaction can shed light on one of the most fundamental questions in physics, namely the creation of hadron masses. Two experiments (E57 at J-PARC and SIDDHARTA-2 at DAFNE) have been proposed to study the contribution of the strong interaction on the 1s ground state of kaonic deuterium. The 1s state of kaonic deuterium should be shifted and broadened due to the strong interaction between the strange quark in the kaon and the quarks in the nucleus. This shift and width will be determined with a newly developed X-ray detector system with a precision of 60 eV and 140 eV, respectively. The X-ray detector system consists of 48 Silicon Drift Detectors (SDDs), which have been thoroughly tested at the Stefan Meyer Institute for Subatomic Physics. These test measurements included a stability analysis, a drift time measurement, a crosstalk probability evaluation and several tests on amplifier settings to achieve the best energy resolution. Four SDD arrays have been tested in the E62 kaonic helium experiment at J-PARC to test the SDDs for the first time in a real beam environment. The obtained results confirmed the SDDs’ excellent operation, and ensured their readiness to be used in the E57 and SIDDHARTA-2 experiments