Freiheitsgrade in Kernmaterie

Experimente am Deuteron spielen in zweierlei Hinsicht eine wichtige Rolle. Da Effekte der Bindung und Endzustandswechselwirkungen minimiert werden können, ist das Deuteron der wichtigste Zugang zum Studium der Eigenschaften des freien Neutrons. Das Deuteron ist aber auch einer der wichtigsten Kerne, weil Änderungen von Eigenschaften der freien Nukleonen aufgrund der Bindung im Kern auf die elementarste Weise untersucht werden können. Bei Durchführung jeweils einer Serie von Messungen am freien Proton, am im Deuteron gebundenen Proton und am Neutron im Deuteron können die für die Fragestellung relevanten Größen separiert werden. Wegen dieser engen Verflechtung können bei einer Reihe oben besprochener Reaktionen, die eigentlich zur Aufklärung der Struktur des Nukleons dienen, auch Studien zur

• Kopplung nuklearer und subnuklearer Freiheitsgrade

angestellt werden. In diese Kategorie gehören Untersuchungen zur Wechselwirkung von sehr kurzlebigen Teilchen mit dem Nukleon und untereinander. Als Beispiele seien hier Streuprozesse der Art $\Delta$-N oder $\Delta$-$\Delta$ angeführt, die wichtige Daten zum Verständnis der kalten wie heißen Kernmaterie liefern. Ein Detektor mit großen Akzeptanzen wie SAPHIR ist zum Nachweis der Reaktionsprodukte hervorragend geeignet.
Die größten Änderungen der am freien Nukleon beobachteten Eigenschaften sollten für Nukleonen auftreten, die sich im Innern von schweren Kernen befinden. Wegen der starken Störung durch Absorption und Streuung der Reaktionsprodukte beim Durchdringen der Kernmaterie sind aber Untersuchungen an diesen besonders stark gebundenen Nukleonen auch besonders schwierig. Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeiten wenigstens teilweise zu umgehen, bietet die

• Untersuchung kohärenter Prozesse.

Das beste Beispiel für einen kohärenten Prozeß ist die elastische Streuung von Elektronen oder $\gamma$-Quanten an Kernen mit Spin S = 0. Für sehr kleine Impulsüberträge können alle Nukleonen teilnehmen, und die Amplituden werden addiert. Die Stärke des Beitrags von den einzelnen Nukleonen hängt von der Stärke des Prozesses am gebundenen Nukleon ab. Neben den angeführten elastischen Prozessen können alle Prozesse kohärent verlaufen, bei denen der Kern mit S = 0 unverändert im Grundzustand bleibt. Das heißt Reaktionen der Art, A($\gamma,\pi^0)$A, A($\gamma, \eta$)A, A($\gamma, \eta$' )A, A($\gamma, \rho$) A, A( $\gamma, \omega$)A, A($\gamma, \Phi$)A, aber auch Prozesse mit mehreren Mesonen wie A( $\gamma, \pi^0 \pi^0$)A oder A( $\gamma, \pi^+ \pi^-$)A können kohärent ablaufen.
Die kohärente $\pi^0$-Produktion wurde bereits zum Studium der Eigenschaften der $\Delta$-Resonanz in Kernen untersucht. Für die anderen Reaktionen gibt es keine Daten vergleichbarer Qualität. Wichtige experimentelle Voraussetzungen sind ein $\gamma$-Strahl mit hoher Energie, um die Flexibilität bei der Wahl des Impulsübertrags zu gewährleisten, und eine große Effizienz zum koinzidenten Nachweis von mehreren $\gamma$-Quanten. Die Verfügbarkeit des Crystal-Barrel-Detektors an ELSA kombiniert mit dem TAPS-Detektor schafft für diese Art von Experimenten einzigartige Voraussetzungen. Um Kanalabhängigkeiten der Propagation von Resonanzen und Nukleon-Nukleon-Korrelationen zu studieren, sind inklusive und semiinklusive Messungen nötig. Dies erfordert den Nachweis von Mesonen ebenso wie die Spektroskopie von Neutronen und Protonen. Flugzeitspektrometer mit großer Akzeptanz haben sich für diese Art von Messungen bewährt.