"Anregungsfunktionen der Polarisationsobservablen A_NN, A_SS und A_SL der elastischen pp-Streuung"

"Excitation functions of polarization observables A_NN, A_SS, and A_SL in elastic pp-scattering"

Kurzfassung

Das EDDA-Experiment wurde mit dem Vorsatz der präzisen Vermessung der elastischen Proton-Proton-Streuung als internes Experiment am Cooler Synchrotron COSY des Forschungszentrums Jülich entwickelt. Der Detektor besteht im Hinblick auf die Kinematik der zu untersuchenden Reaktion aus zwei konzentrisch um das Strahlrohr angebrachten Szintillatorhodoskopen, die bereits während der Beschleunigung des Protonenstrahls ganze Anregungsfunktionen mit hoher innerer Konsistenz zwischen 350 MeV ≤ T_Lab ≤ 2500 MeV aufnehmen. Der abgedeckte Polarwinkelbereich umfasst dabei 30° ≤ theta_cm ≤ 90°.

Das Experiment unterteilt sich in drei Phasen, die jeweils unterschiedlichen Observablen gewidmet sind. Die ersten beiden Phase haben den spingemittelten, differentiellen Wirkungsquerschnitt dσ/dΩ und die einfach polarisierte Analysierstärke A_N zum Ziel gehabt. Ergebnisse zu beiden Observablen sind bereits veröffentlicht. Die abschließende, dritte Phase ist auf drei doppelt polarisierte Observablen gerichtet, dies sind die Spinkorrelationskoeffizienten A_NN, A_SS und A_SL.

Die doppelt polarisierte Messung ist in vier Messzeiten bis zum Sommer 2001 durchgeführt worden und lief gegen Ende mit Strahlpolarisationenvon über 70% mit etwa 10¹⁰ zirkulierenden Protonen bei maximalerEnergie. Das entspricht Luminositäten von 2·10²⁷cm^-2s^-1 bei typischen Flächendichten des Targets von 1.8·10¹¹cm^-2 (mit effektiven Targetpolarisationen zwischen 60% und 70%). Eine reine Messung von Anregungsfunktionen bei hohen Energien erreicht durch die reduzierte Luminosität nur eine schwache Statistik, die Datennahme während der Beschleunigung wurde daher durch zehn Festenergien ergänzt. Insgesamt liegen 4.6 Mio. Streuereignisse für die Anregungsfunktionen und weitere 12.4 Mio. Ereignisse bei festen Energien vor.

Diese Arbeit widmet sich den Anregungsfunktionen von A_NN, A_SS und A_SL, die festen Energien werden lediglich zu Konsistenzprüfungen herangezogen. Die Analyse der Daten erfolgt mit Hilfe von Zählratenasymmetrien, die sich in den Azimutwinkelverteilungen in Folge der Polarisationen ergeben. Es werden verschiedene Korrekturen der Asymmetrien mit besonderem Blick auf die Polarisationseigenschaften durchgeführt und die Datenmenge auf innere Konsistenz geprüft. Die Ergebnisse umfassen jeweils 343 Datenpunkte für die drei Spinkorrelationskoeffizienten in Form von Anregungsfunktionen und Winkelverteilungen, die mit bestehenden Experimenten und Streuphasenlösungen auf Verträglichkeit untersucht werden. In A_SS erschliessen die Daten oberhalb von 792 MeV einen bisher nicht vermessenen Energiebereich, in dem auch Streuphasenlösungen starke Diskrepanzen aufweisen. Die Normierung der Spinkorrelationskoeffizienten erfolgt mit winkel- und energieabhängigen Legendre-Polynomen auf Basis der im EDDA-Experiment bestimmten Analysierstärke. Bis 1700 MeV ist die Normierungsunsicherheit der Anregungsfunktionen kleiner als 0.07, und die systematischen Fehler betragen maximal 0.06 in den Observablen.

Der erweiterte Weltdatensatz bildet des Weiteren bei fünf Energien die Grundlage einer direkten Rekonstruktion der Streuamplituden. Abschließend wird der Versuch unternommen, ein Mesonenaustauschmodell durch phänomenologische Erweiterungen in den Mittelenergiebereich oberhalb von 1 GeV hinein zu erweitern. Die Spinobservablen erweisen sich hierbei teilweise als sehr starr und äußerst schwer zu reproduzieren.

Titel

Kurzfassung

Summary

With the idea of precise measurements of the elastic proton proton scattering the EDDA experiment was developed as an internal experiment at the cooler synchrotron COSY at the Forschungszentrum Jülich. The detector setup consists of two cylindrical scintillator hodoscopes, which account for the kinematics of the reaction and concentrically surround the beam pipe. Data acquisition can take place already during acceleration of the COSY proton beam and leads to complete excitation functions from 350 MeV ≤ T_Lab 2500 ≤ MeV. The polar angular acceptance comprises 30° ≤ theta_cm ≤ 90°.

The experiment can be classified in three phases, which are devoted to different observables. The first two phases were aimed at the unpolarized differential cross section dσ/dΩ and the single polarized analyzing power A_N. Their Results have been published already. The completing third phase then turned to three double polarized spin correlation coefficients, namely A_NN, A_SS, and A_SL.

The measurement of double polarized scattering has taken place during four periods until summer 2001 and finally reached more than 70% of beam polarization of 10¹⁰ circulating protons at maximum energy. This equals luminosities of 2·10²⁷cm^-2s^-1 with a typical target thickness of 1.8·10¹¹cm^-2 (and effective target polarizations between 60% and 70%). Decreased cross sections at high energies result in low counting rates during the measurement of excitation functions, which has been compensated for by extended storage times at ten different energies for further data accumulation. As a whole the data base includes 4.6 mio. events within the excitation functions and 12.4 mio. more events at fixed energies.