Die ¹S₀-Neutron-Neutron-Streulänge aₙₙ charakterisiert die zwei-Neutronen-Wechselwirkung bei niedrigen Energien und ist daher eine fundamentale Größe in vielen umfassenden Forschungsfeldern, wie beispielsweise der Kernstrukturphysik. In den letzten Jahrzehnten gab es bereits zahlreiche Versuche, die Streulänge zu bestimmen, und viele Ergebnisse, einschließlich neueren, widersprechen sich. Die Messung von aₙₙ mit hoher Präzision und Genauigkeit ist auch heute noch ein herausforderndes Problem und im Gegensatz zur Proton-Proton-Streulänge ist bislang noch keine direkte Messung mittels n-n-Streuung realisierbar. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz vorgestellt, der bei hohen Energien erzeugte relativistische radioaktive Ionenstrahlen nutzt, um damit die n-n-Streuung bei niedrigen Energien zu untersuchen.

Das Experiment wird an der "Radioactive Ion Beam Factory" des Forschungsinstitutes RIKEN in Japan mit dem Ziel durchgeführt, das freie zwei-Neutronen-System unter Nutzung der Knockout-Reaktionen ⁶He(p,pα)2n und t(p,2p)2n zu untersuchen. Darüber hinaus werden Ereignisse einzelner Neutronen aus der Reaktion d(p,2p)n zu Kalibrierungs- und Validierungszwecken genutzt.

Im Fall der Reaktion ⁶He(p,pα)2n kann die Neutron-Neutron-Streulänge durch Vergleich der experimentell ermittelten Relativenergieverteilung mit Berechnungen der effektiven Feldtheorie für Halo-Kerne, der "Halo-EFT", bestimmt werden. Für die Reaktion t(p,2p)2n werden die entsprechenden Berechnungen stattdessen auf Basis der pionenfreien EFT durchgeführt. Zum Zweck des Experiments wird am "Institut für Kernphysik" in Darmstadt, Deutschland, ein neuer hochauflösender Neutronendetektor entwickelt und konstruiert. Ein Prototyp dieses Detektors wurde bereits an RIKEN gebaut, der in der vorliegenden Arbeit mit Elektronik der "Gesellschaft für Schwerionenforschung" in Darmstadt in Betrieb genommen und getestet wurde.

Alle Reaktionen werden in inverser Kinematik bei einer Strahlenergie von etwa 200 MeV/Nukleon stattfinden, wodurch im Laborsystem relativistische zwei-Neutronen-Systeme produziert werden. Dies gewährleistet eine nahezu konstante Effizienz im relevanten Relativenergiebereich. Die Messungen werden kinematisch vollständig durchgeführt, was eine starke Unterdrückung des Untergrundes ermöglicht. Um eine ausreichende Auflösung zu erreichen, wird das Relativenergiespektrum über die direkte Messung der invarianten Masse bestimmt, was die koinzidente Messung zweier Neutronen erfordert. Die Analysemethoden für die Rekonstruktion primärer Wechselwirkungspunkte im Neutronendetektor wurden im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und werden auf Grundlage simulierter Daten getestet und diskutiert. Aufgrund der begrenzten Auflösung, Effizienz und Akzeptanz des experimentellen Aufbaus kann die gemessene Relativenergieverteilung nicht unmittelbar mit theoretischen Berechnungen verglichen werden. Mögliche Lösungsansätze dieses Problems werden in dieser Arbeit aufgezeigt und ebenfalls anhand simulierter Daten diskutiert.