Florian Goebel, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2001
Schlagwörter: Diffraktion in DIS
PACS:12.40.Nn
Das Ziel dieser Arbeit war die Messung diffraktiver Prozesse ep --> eXp in tiefunelastischer Streuung in einem wesentlich größeren kinematischen Bereich als dies in bisherigen Messungen erreicht worden war. Die Erweiterung zu großen Massen MX wurde durch die Konstruktion und den Einbau eines Vorwärts-Stopfen-Kalorimeters (FPC) in das 20 × 20 cm2 große Strahlrohrloch des ZEUS Kalorimeters ermöglicht. Der Durchmesser des inneren Strahlrohrlochs des FPC beträgt nur 6.3 cm. Die kalorimetrischen Akzeptanz in Pseudorapidität h wurde dadurch von h ≈ 4.0 auf h ≈ 5.0 erweitert. Vor dem Einbau in ZEUS ist das FPC mit Teststrahlen von 10-100 GeV getestet und geeicht worden. Der diffraktive Wirkungsquerschnitt dsg*pdiff/dMX wurde in der tiefunelastischen Streuung von 27.6 GeV Elektronen und 920 GeV Protonen bei HERA gemessen. Der analysierte Datensatz wurde mit dem ZEUS Detektor während der Datennahmeperiode 1998/99 aufgenommen und entspricht einer integrierten Luminosität von 4.2 pb-1. Die Messung wurde im Massenbereich MX ≤ 25 GeV bei einer Virtualität des ausgetauschten Photons im Bereich von Q2 = 3 bis 160 GeV2 und bei g*p Schwerpunktsenergien im Bereich von W = 40 bis 245 GeV durchgeführt, wodurch der kinematische Bereich erheblich gegenüber vorhergehenden ZEUS Arbeiten erweitert wurde. Der diffraktive Wirkungsquerschnitt dsg*pdiff/dMX(Q2,W,MX) wurde mit dem in dieser Arbeit bestimmten totalen g*p Wirkungsquerschnitt sg*ptot(Q2,W) verglichen. Ein W unabhängiges Verhältnis der Wirkungsquerschnitte wurde beobachtet. Aus dem diffraktiven Wirkungsquerschnitt wurde die diffraktive Strukturfunktion F2D(3)(Q2,b,xIP) bestimmt. Die Daten sind verträglich mit der Annahme, dass F2D(3) in xIP F2D(3)(Q2,b,xIP) = (x0/xIP)n F2D(2)(Q2,b) faktorisiert. Im gemessenen Bereich hängt FD(2)2 nur schwach von Q2 und b ab. Die beobachtete Tendenz, dass FD(2)2 zu kleinen Werten von b ansteigt, kann jedoch als ein Hinweis auf Parton Evolution angesehen werden.
The aim of this thesis has been the measurement of the diffractive process ep --> eXp in deep inelastic scattering over a much larger kinematic range than attained in previous measurements. The extension to high masses MX has been made possible by the construction and installation of a Forward Plug Calorimeter (FPC) in the 20 × 20 cm2 forward beam hole of the ZEUS calorimeter. With an inner hole diameter of only 6.3 cm the FPC extends the calorimetric coverage in pseudorapidity h from h ≈ 4.0 to h ≈ 5.0. Before installation in ZEUS the FPC has been tested and calibrated with test beams of 10-100 GeV. The diffractive cross section dsg*pdiff/dMX has been measured in deep inelastic scattering of 27.6 GeV electrons and 920 GeV protons at HERA. The analyzed data sample was collected with the ZEUS detector during the 1998/99 data taking period and corresponds to an integrated luminosity of 4.2 pb-1. The measurement covers the mass range MX ≤ 25 GeV of the photon dissociation system X for photon virtualities Q2 = 3 to 160 GeV2 and g*p center of mass energies W = 40 to 245 GeV which extends substantially the range covered by previous ZEUS analyses. The diffractive cross section dsg*pdiff/dMX(Q2,W,MX) has been compared to the total g*p cross section sg*ptot(Q2,W) which was determined in the course of this analysis. The ratio of the two has been found to be W independent. From the diffractive cross section the diffractive structure function F2D(3)(Q2,b,xIP) has been determined. The data is compatible with the assumption that F2D(3) factorizes according to xIP F2D(3)(Q2,b,xIP) = (x0/xIP)n F2D(2)(Q2,b). The dependence of FD(2)2 on Q2 and b has been found to be weak in the measured range. However, a tendency of increasing FD(2)2 towards small b values has been observed which might be taken as an indication for parton evolution.