Kurzfassung
In dieser Arbeit wird gezeigt, daß es am HERA Speichering möglich ist,
Wirkungsquerschnitte bei kleinen Werten des Viererimpulsübertrags Q2 in
der Positron-Proton Streuung zu bestimmen. Die Positronen, die unter kleinen
Winkeln (19 mrad < \theta < 34 mrad ) gestreut werden, können
durch ein Wolframkalorimeter, das durch Siliziumdioden ausgelesen wird,
nachgewiesen werden. Dieses kompakte Kalorimeter befindet sich direkt neben
dem Strahlrohr des Speicherrings im ZEUS Detektor. Aufgrund der
räumlichen Nähe zu den in HERA umlaufenden Teilchenpaketen ist auf
gute Abschirmungen zu achten. Insbesondere die hohe Strahlenbelastung ist zu
berücksichtigen.
Um das Kalorimeter auszulesen, wird ein Datennahmesystem eingesetzt, das auf einer Transputerarchitektur aufbaut. Bei einer Kollisionsrate von 10.4 MHz wird eine Sample & Hold Schaltung verwendet. Mittels einfacher Energieschwellen und Zeitschnitten wird bei Luminositäten von 1030 cm-2 s-1 eine Ereignisrate von 10 Hz auf der ersten Triggerstufe erreicht.
Der über den dem Strahlrohrkalorimeter zugänglichen kinematischen Bereich gemittelte Positron-Proton Wirkungsquerschnitt ist \sigmaep = 49.5+/- 9.1 (\mbox{stat}) +13.3/-17.1 (\mbox{syst}) nb} bei einem mittleren <Q2> =0.25 GeV2 und Bjorken-x=7.4 10-6. Dies kann in einen totalen Wirkungsquerschnitt für die Streuung von virtuellen Photonen an Protonen bei < Q2> = 0.25 GeV2 umgerechnet werden: \sigma_{{\gamma^\star}p} = 130 +/- 24 (\mbox{stat}) +35/-45(\mbox{syst})µb}. Die mittlere Energie im Photon-Proton Schwerpunktsystem ist dabei W=183 GeV. Den Wert für die Protonstrukturfunktion erhält man zu F 2 = 0.30 +/- 0.12. Dies stimmt im Rahmen der Fehler mit der Vorhersage von Donnachie und Landshoff überein.
The feasibility of measuring cross sections at small values of the squared four-momentum transfer Q2 in positron-proton collisions at HERA is demonstrated. The positrons scattered at small angles (19 mrad< \theta < 34 mrad ) are detected by a small tungsten calorimeter with silicon diode readout mounted on the beampipe of the ZEUS detector, hence the name beampipe calorimeter. The operation of a beampipe calorimeter close to the beams of the HERA storage ring requires special care, in particular the high radiation background needs attention.
A transputer based readout system, with a sample & hold architecture was used to take data at a beam crossing frequency of 10.4 MHz . Making use of simple energy thresholds and timing cuts, a first-level trigger rate on the order of 10 Hz was achieved at a luminosity of 1030 cm-2 s-1.
The ep cross section integrated over the kinematical range accessible to the beampipe calorimeter has been determined to \sigmaep = 49.5 +/- 9.1 (\mbox{stat}) +13.3/-17.1 (\mbox{syst}) nb} at a mean < Q2 > =0.25 GeV2 and Bjorken-x=7.4 10-6. Translating this into a total cross section of virtual photons on protons yields \sigma\gamma*p = 130 +/- 24 (\mbox{stat}) +35/-45 (\mbox{syst}) µb at a photon-proton center of mass energy of W=183 GeV and a mean < Q2 > = 0.25 GeV2. The proton structure function is F2 = 0.30 +/- 0.12. This value agrees with the prediction of Donnachie-Landshoff within errors.