Dirk Hoffmann, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2000
Schlagwörter: Zwei-Elektronen-Ereignisse, Photoproduktion, Vektomesonen, HERA, H1
PACS: 13.60.Le
Diese Arbeit ist in der H1-Kollaboration entstanden, die in den Jahren 1995--1997 Positron-Proton-Kollisionen (e+p) am Speicherring HERA des DESY in Hamburg aufgezeichnet und untersucht hat. Das experimentelle und theoretische Umfeld wird ausführlich dargestellt, soweit das für das Verständnis und die Verdeutlichung des Hauptteils nötig ist.
Die drei Hauptthemen dieses Werks stellen sich wie folgt dar:
Zuerst wurde ein neuer, schneller Trigger entwickelt, eingebaut und in Betrieb genommen. Er befindet sich in der zweiten Stufe des Auslösesystems des H1-Experiments und fällt seine Entscheidung in weniger als 20 µs auf der Grundlage der topologischen Auswertung von schnellen Vorab-Signalen, die er von allen relevanten Detektorbaugruppen empfängt. Der zweite Teil betrifft die Berechnung der Reaktion e+ p -> e+ p e+ e- im Rahmen der Quanten-Elektrodynamik (QED). Es wurden phänomenologische Berechnungen durchgeführt, überarbeitet und mit dem in alpha4 exakten Ergebnis verglichen. Der Monte-Carlo-Generator LPAIR wurde gemäß diesen Ergebnissen abgeändert und in der Auswertung von Dielektron-Ereignissen verwendet. Schließlich wurde eine entsprechende Selektion von e+ e- -Paaren vorgenommen und das vollständige Spektrum in Bezug auf die invariante Masse des Leptonpaares gemessen.
Dieses Massenspektrum setzt sich zusammen aus dem QED-Kontinuum und zwei Resonanzen J/psi und Ypsilon. Letztere werden hauptsächlich in diffraktiver Photoproduktion (gamma p -> J/psi p, Ypsilon p) erzeugt. Die elastischen Wirkungsquerschnitte
sigma(gamma p -> J/psi; W(gamma p)=30...50 GeV)sind zum ersten Mal in diesem kinematischen Bereich gemessen worden.
This thesis has been produced within the H1 collaboration. The H1 experiment has observed positron-proton collisions (e+ p) from 1995 to 1997 on the HERA accelerator at DESY in Hamburg (Germany). The experimental and theoretical context of the analysis of this thesis are presented in detail as far as necessary for the explanation and illustration of the main part. The original work consists of the three following subjects:
First, a new fast trigger mechanism has been conceived, commissioned and tuned. It is part of the level 2 trigger of the H1 experiment and makes a decision in less than 20 µs based on the topological evaluation of quick pre-signals which are sent by the most relevant subdetectors. The second part concerns the QED (quantum electrodynamics) calculation of the process e+ p -> e+ p e+ e-. Phenomenological integrations have been performed and the results are critically compared to exact order alpha^4 calculations. This led to a modification of the LPAIR Monte Carlo generator. Finally, a corresponding selection of e+ e- pairs has been carried out and analyzed in terms of the complete invariant mass spectrum of the lepton pair.
That spectrum is composed of the QED continuum and two resonances J/psi\ and Upsilon, which are dominantly produced in diffractive photoproduction (gamma p -> J/psi p, Upsilon p). The cross sections of the latter are measured to have the values
sigma(gamma p -> J/psi; W(gamma p)=30...50 GeV)for the first time in this kinematical region.
I conclude with a treatment of scanning tunneling spectroscopy measurements on the lightly Fe-covered InAs(110) surface which, in quantitative agreement with angular resolved photoelectron spectroscopy, prove both a shift of the surface Fermi level by about -300 meV and the formation of a two-dimensional electron system at the surface.