Thore Lindemann, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2001
Schlagwörter: polarized quark distributions in the nucleon
PACS: 13.60.Hb, 13.88.+e, 14.20.D
Das Hauptziel des Hermes-Experiments am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY ist die Aufschlüsselung des Spinbeitrages der Quarks zum Nukleonenspin in die Beiträge einzelner Quarksorten. Dies ist auch Thema dieser Arbeit. Dazu wird das Proton mit Hilfe der inklusiven und semiinklusiven tiefinelastischen Lepton-Nukleon-Streuung vermessen. Das Hermes-Experiment, seit 1995 im Betrieb, verwendet dazu ein polarisiertes internes Gastarget und den longitudinal polarisierten Elektronen- bzw. Positronenstrahl der Hadron-Elektron-Ring-Anlage HERA mit einer Strahlenergie von 27.57 GeV. Es wurden Messungen mit polarisiertem 3He (1995),Wasserstoff (1996 bis 1997) und Deuterium (1998 bis 2000) durchgeführt. Die tiefinelastisch gestreuten Leptonen werden, zusammen mit einem Teil des hadronischen Endzustands, in einem Vorwärtsspektrometer großer Akzeptanz nachgewiesen. Im Rahmen dieser Arbeit werden aus den inklusiven und semiinklusiven Zählraten verschiedener Teilchentypen, die in den Jahren 1996 bis 2000 akkumuliert wurden, Doppelspinasymmetrien gebildet. Dabei werden erstmalig Ergebnisse zu semiinklusiven Pionen- und Kaonenasymmetrien am Deuteriumtarget gezeigt. Die Daten decken einen kinematischen Bereich von 0.023 < x < 0.6 für die Björkensche Skalenvariable und 1 GeV2/c2 < Q2 ≤ 20 GeV2/c2 für das negative Quadrat des Viererimpulsübertrages ab. Die gemessenen Asymmetrien aus den Jahren 1995 bis 2000 dienen als Grundlage zur Extraktion der polarisierten Quarkverteilungen im Nukleon mit einem Formalismus in führender Ordnung der QCD. Damit können erstmals die fünf Quarkpolarisationen Du/u(x), Dd/d(x), Du/u(x), Dd/d(x) und (Ds+Ds)/(s+s)(x) unabhängig voneinander als Funktion von x extrahiert werden. Daraus werden die polarisierten Verteilungen der einzelnen Quarks und Antiquarks berechnet und somit erstmals die polarisierten Verteilungen der Seequarks unabhängig voneinander bestimmt. Die Differenz der polarisierten Verteilungen der leichten Seequarks Du (x) - Dd (x) wird diskutiert. Für den Anteil der up-, down- und strange-Quarks und Antiquarks zum Nukleonenspin werden bei Q2 = 2.5 GeV2/c2 in führender Ordnung der QCD folgende Werte ermittelt:
The main aim of the Hermes experiment at DESY and the subject of this thesis is to disentangle the contributions from the different quark flavours to the nucleon's spin in semi-inclusive deep inelastic scattering (DIS) reactions. Since its start in 1995, Hermes is taking data using a gaseous target of polarised pure 3He, hydrogen and deuterium atoms, internal to the beam line vacuum of the HERA accelerator in conjunction with a longitudinal polarised electron respectively positron beam with an energy of 27.57 GeV. Leptons and hadrons from inelastic scattering processes are detected in a large acceptance spectrometer downstream of the interaction region. This thesis reports on the analysis of the inclusive and semi-inclusive DIS events on a polarised proton and deuterium target, recorded in the years 1996 to 2000. Double spin asymmetries are formed and semi-inclusive pion and kaon asymmetries on deuterium are shown for the first time. The kinematic range of the data is 0.023 < x < 0.6 for the Björken scaling variable and 1 GeV2/c2 < Q2≤ 20 GeV2/c2 for the negative square of the four-momentum of the exchanged virtual photon. The double spin asymmetries are utilised to extract the polarised quark distributions in the nucleon in leading order QCD and for the first time five quark polarisations Du/u(x), Dd/d(x), Du/u(x), Dd/d(x) and (Ds+Ds)/(s+s)(x) are extracted independently as a function of x. Polarised quark and anti-quark distributions are extracted as a function of x and the asymmetry in the difference of the polarised light anti-quarks Du (x) - Dd (x) is discussed. In leading order QCD the following contribution to the nucleon´s spin at Q2 = 2.5 GeV2/c2 of the up, down and strange quarks and anti- quarks are calculated: