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@PHDTHESIS{Steinen:237431,
      author       = {Steinen, Marcell},
      title        = {{F}easibility studies for the high precision {X}-ray
                      spectroscopy of heavy Ξ− hyperatoms at {PANDA} using the
                      {PAN}da {GE}rmanium {A}rray {PANGEA}},
      school       = {JGU Mainz},
      type         = {Dissertation},
      publisher    = {Johannes Gutenberg-Universität Mainz},
      reportid     = {GSI-2021-00420},
      pages        = {219},
      year         = {2020},
      note         = {Dissertation, JGU Mainz, 2020},
      abstract     = {Mit PANDA entsteht ein Hadronenphysikexperiment an der
                      neuen Beschleunigeranlage FAIR in Darmstadt, Deutschland.
                      Dabei ermöglicht der gespeicherte Antiprotonenstrahl des
                      HESR Speicherrings die Produktion hoher Raten von
                      Hyperon-Antihyperon-Paaren mit ein- und mehrfacher
                      Strangeness. Dies erlaubt mehrere Experimente im
                      Strangeness-Sektor, wobei besonders die Wechselwirkung von
                      (Anti-)Hyperonen und Kernmaterie untersucht werden kann, die
                      ein wichtiger Baustein ist, um das “Hyperon-Puzzle” im
                      Zentrum von Neutronensternen zu lösen. Dabei wird die hohe
                      Modularität des PANDA-Spektrometers benutzt, welche es
                      erlaubt einzelne Detektorkomponenten für spezifische
                      Experimente auszutauschen. Besonders das Hyperatom-sowie das
                      Hyperkernexperiment machen davon Gebrauch. Diese Experimente
                      benötigen zwin-gend einen hochauflösenden γ-Detektor:
                      PANGEA. Das PANda GErmanium Array besteht aus insgesamt 60
                      hochreinen Germaniumkristallen in 20 Kryostaten. Die
                      Optimierung der Anordnung dieser Detektoren sowie deren
                      Integration innerhalb von PANDA werden in dieser Arbeit
                      diskutiert. Zusätzlich wird der Einfluss des hadronischen
                      Untergrunds während der Experimente untersucht.
                      Insbesondere schnelle Neutronen führen zu Strahlenschäden
                      innerhalb der hochreinen Germaniumkristalle, was die hohe
                      intrinsische Energieauflösung verringert. Dieser Einfluss
                      wurde experimentell in zwei Bestrahlungstests am COSY
                      Protonenbeschleuniger in Jülich, Deutschland, mit bis zu
                      $5,6*10^9$ $Neutronen/cm^2$ untersucht. Durch die digitale
                      Analyse der Pulsformen konnte ein großer Anteil der
                      Auflösungsverluste bei der Energiemessung korrigiert
                      werden. Das thermische Ausheilen der Kristalle nach der
                      Bestrahlung im Labor konnte die ursprüngliche
                      Energieauflösung wiederherstellen. Trotz alledem müssen
                      die Einflüsse der Bestrahlung bei der Studie zur
                      Machbarkeit des Hyperatomexperiments berücksichtigt werden.
                      PANDA wird das erste Experiment weltweit sein, das die
                      Wechselwirkung von Ξ−-Hyperonen und vornehmlich Neutronen
                      in der neutronendominierten Peripherie von $Ξ^−-Pb-208$
                      Hyperatomen untersuchen kann. Simulationen zeigen, dass
                      mehrere experimentelle Observablen eine Bestimmung sowohl
                      des Real- als auch des Imaginärteils des optischen
                      Potentials von $Ξ^−-Hyperonen$ mit einer Genauigkeit von
                      ±1 MeV ermöglichen.PANDA is a new experiment in hadron
                      physics at the upcoming FAIR facility in Darmstadt, Germany.
                      The combination of PANDA and its antiproton beam, provided
                      by the antiproton storage ring HESR, yields high production
                      rates of strange hyperon-antihyperon pairs. This enables
                      multiple experiments in strangeness nuclear physics which
                      allow to study the interaction of hyperons and antihyperons
                      within nuclear matter. This is essential to understand the
                      composition of neutron star matter and solve the “hyperon
                      puzzle”. The modularity of PANDA allows to design and
                      integrate a dedicated setup for the high resolution X-ray
                      and γ spectroscopy of heavy $Ξ^−$ hyperatoms and double
                      Λ hypernuclei. The germanium detector array PANGEA (PANda
                      GErmanium Array) is mandatory for these experiments. Its
                      optimization and integration into the PANDA target
                      spectrometer is discussed in this thesis. During the
                      experiments at PANDA, the HPGe (High Purity Germanium)
                      crystals of PANGEA will suffer from inevitable hadronic
                      background. Especially fast neutrons will damage the lattice
                      structure of the crystal and deteriorate its resolution.
                      This effect has been experimentally studied in irradiation
                      tests at the COSY accelerator in Jülich, Germany, with up
                      to $5.6*10^9$ $neutrons/cm^2.$ A large fraction of the
                      performance loss of the detector could be corrected by
                      analyzing the pulse shape of the detector response. After
                      the irradiation, the initial crystal performance could be
                      restored by annealing of the crystal in the laboratory. The
                      effects of the irradiation had to be kept in mind when the
                      feasibility of the hyperatom experiment was studied. PANDA
                      is unique in its ability to study the $Ξ^−$ nucleon
                      interaction in the neutron-rich periphery of $Ξ^−-Pb-208$
                      hyperatoms. As shown in simulations, multiple experimental
                      observables will allow to measure the real and imaginary
                      part of the $Ξ^−$ optical potential with a precision of
                      ±1 MeV.},
      cin          = {MSF / PANDA@FAIR},
      cid          = {I:(DE-Ds200)MSF-20150313OR331 /
                      I:(DE-Ds200)Coll-FAIR-PANDA},
      pnm          = {612 - Cosmic Matter in the Laboratory (POF3-612)},
      pid          = {G:(DE-HGF)POF3-612},
      experiment   = {$EXP:(DE-Ds200)no_experiment-20200803$},
      typ          = {PUB:(DE-HGF)11},
      doi          = {10.25358/OPENSCIENCE-1648},
      url          = {https://repository.gsi.de/record/237431},
}