"Untersuchung der szintillierenden Faser SCSF-38M für den 6m-Tagger und Messung der inklusiven K⁰_s meson und Λ Baryon Production in neutraler tief-unelastischer Streuung bei HERA"

"Investigation of the scintillating fiber SCSF-38M for the 6m-tagger and measurement of inclusive K⁰_s meson and Λ baryon production in neutral current deep inelastic scattering at HERA"

Kurzfassung

Die Transmission der SCSF-38M Faser mit einem Durchmesser von 0.5mm wurde vorher, während und nach der Bestrahlung mit einer ¹³⁷Cs-Quelle gemessen. Zusätzliche Messungen wurden durchgeführt, indem Fasern bis zu einer Temperatur von T=68° C aufgeheizt wurden. Ein beschleunigter Alterungsprozess für T >40 ° C war zu beobachten, der nicht reversibel war. Die Transmission einer Faser wird gemessen, indem Licht durch die Faser geleitet wird. Dieses Licht hat Einfluss auf den Strahlenschaden der Faser. Je mehr Licht durch die Faser geleitet wird, desto besser ist die Ausheilung. Dieser Effekt kann nicht auf das Szintillationslicht übertragen werden.

Der 6m-tagger, ein Wolfram-Szintillator-Spaghetti-Faser Kalorimeter, wurde November 2001 in das ZEUS Experiment installiert. Bei den Fasern handelt es sich um den Typ SCSF-38M. Ein ⁶⁰Co-Kontroll-System dient dazu, mechanische Schäden, Alterungseffekte und Strahlenschäden der szintillierdenden Fasern zu untersuchen. Die 6m-tagger-Detektorleistung wurde über einen Zeitraum von 10 Monaten beobachtet. Während dieser Zeit war der Detektor einer Gesamtdosis von 477 Gy ausgesetzt. Der dadurch erzeugte Strahlenschaden änderte die Abschwächlänge der Fasern. Die Synchrotronstrahlung hat einen großen Effekt auf die Fasern, was in den Messungen demonstriert wird.

Die Produktion von Strange-Quarks in tiefunelastischen Streuprozessen wurde am HERA-Speicherring anhand von \ko\ Mesonen und Λ Baryonen untersucht, wo Elektronen mit einer Energie von 27.5 GeV und Protonen mit einer Energie von 920 GeV zur Kollision gebracht werden. Für die Analyse wurden Datensätze des ZEUS Experimentes verwendet, welche einer integrierten Luminosität von 60 pb^-1 entsprechen. Die K⁰_s Mesonen und Λ Baryonen wurden in einem beschränkten kinematischen Bereich von 20<Q²<500 GeV², 3 × 10^-4<x<10^-1, 0.04<y<0.8, 0.5<p_T(K_S⁰,Λ)<5.0 GeV und |η(K^S₀,Λ)|<1.5 gemessen. Der gemessene Gesamtwirkungsquerschnitt für diese Teilchen in diesem beschränkten kinematischen Bereich ist σ(e⁺p->e⁺K_S⁰X)=6431 ± 38(stat.)_-207⁺⁶⁴(syst.) pb, σ(e⁺p->e⁺Λ X)=779± 19(stat.)_-36⁺¹⁵(syst.) pb, σ(e⁺p->e⁺ΛX)=724± 17(stat.)_-21⁺²¹(syst.) pb, und für Λ und Λ zusammen ist es σ(Λ +Λ)=1503± 26(stat.)_-50⁺²⁸(syst.) pb. Die differentiellen Wirkungsquerschnitte wurden als Funktion von Q², x, p_T und η für K⁰_s Mesonen , Λ Baryonen, Λ Antibaryonen und für Λ und Λ zusammen gemessen. Zusätzlich wurde das Verhältnis σ(Λ +Λ)/σ(K_S⁰) als Funktion von Q², x, p_T und η gemessen. Die gemessenen totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitte sowie das Verhältnis σ(Λ + Λ)/σ (K_S⁰) dieser Teilchen wurde mit dem ARIADNE und HERWIG Monte Carlo verglichen. ARIADNE beschreibt die Kinematik der K_S⁰ Meson und Λ Baryon Produktion besser als HERWIG. Es wurden zu gleichen Teilen Λ Baryonen und Λ Antibaryonen produziert.

ARIADNE ist im Großen und Ganzen das bessere Modell als HERWIG, um die Produktion von K_S⁰ Meson und Λ Baryon zu simulieren.

Titel

Kurzfassung

Summary

The transmission of the fiber SCSF-38M with a diameter of 0.5 mm was measured before, during and after irradiation with a ¹³⁷Cs source. In addition transmission measurements were performed for a fiber, which was heated up to T=68° C and showed an accelerated ageing phenomenon for T>40° C. The damage due to the high temperature did not recover after reducing the temperature below 40° C. The transmission of the fiber is measured by sending light through the fiber. This light has an influence on the radiation damage in the fiber. The more light transmits down the fiber, the better is the annealing. It seems that this effect cannot be transfered to the scintillation light, i.e. that at least for continuous illumination the light yield from the scintillation was lower than with an illumination of 42 seconds per hour.

The 6m-tagger, a tungsten-scintillator-spaghetti-fiber calorimeter, has been installed in the ZEUS experiment in November 2001. The fibers which are used are SCSF-38M fibers. A monitor system with a ⁶⁰Co source is used to monitor mechanical damage, ageing effects and radiation damage of the scintillating fibers. The development of the performance of the 6m-tagger is investigated over a time of 10 months. In this time the detector was exposed to a total dose of 477 Gy. The radiation damage changed the attenuation of the fibers. In addition the synchrotron radiation has a severe effect on the fibers, which is clearly seen by the measurements.

The strange-quark production in neutral current deep-inelastic scattering of 27.5 GeV positrons and 920 GeV protons has been studied at HERA by reconstructing K⁰_s mesons and Λ baryons. The data corresponds to an integrated luminosity of 60pb^-1. These particles are measured in a restricted kinematic region of 20<Q²<500 GeV², 3 × 10^-4<x<10^-1, 0.04<y<0.8, 0.5<p_T(K_S⁰,Λ)<5.0 GeV and |η(K^S₀,Λ)|<1.5. The total cross sections in this restricted kinematic region have been measured to be σ(e⁺p->e⁺K_S⁰X)=6431 ± 38(stat.)_-207⁺⁶⁴(syst.) pb, σ(e⁺p->e⁺Λ X)=779± 19(stat.)_-36⁺¹⁵(syst.) pb, σ(e⁺p->e⁺ΛX)=724± 17(stat.)_-21⁺²¹(syst.) pb, and for both Λ and Λ together to be σ(Λ +Λ)=1503± 26(stat.)_-50⁺²⁸(syst.) pb. Differential cross sections have been measured as a function of Q², x, p_T and η for K⁰_s meson, Λ,Λ and both Λ and Λ baryons together. In addition the ratio σ(Λ +Λ)/σ(K_S⁰) has been measured as a function of Q², x, p_T and η. The total and the differential cross sections as well as the ratio of these are compared to ARIADNE and HERWIG Monte Carlo. ARIADNE performs a better description of the kinematics of K_S⁰ meson and Λ baryon production than HERWIG. An equal number of Λ baryons and Λ anti-baryons has been measured in total and in bins of Q², x, p_T and η.

ARIADNE is the overall better model to simulate the production of K_S⁰ meson and Λ baryon production than HERWIG.