Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Simulation des EDDA-Experimentes
entwickelt. Ziel des EDDA-Experimentes ist in der ersten Phase die Messung
des differentiellen Wirkungsquerschnittes der elastischen
Proton-Proton-Streuung mit hoher Raumwinkelabdeckung (10\grad =<
\thlab =< 72\grad) in einem weiten Energiebereich (500 MeV =<
Tp =< 2600 MeV). Dazu wird das Experiment am internen Targetplatz TP2
des Cooler Synchrotron COSY im Forschungszentrum Jülich während der
Beschleunigung des Strahls durchgeführt. Als Targets werden 4 m
dicke Polypropylen-Fädchen (CH2) verwendet, sowie
Kohlenstoff-Fädchen zur separaten Messung des aus dem Kohlenstoff-Anteil
resultierenden Untergrundes. Der Detektor besteht aus einer Doppellage von
Szintillator-Elementen, die das Strahlrohr zylindrisch umschließen. Die
innere Lage aus strahlparallelen Stäben erlaubt die
Bestimmung des Azimuthwinkels \ph, die äußere aus Halbringen die des
Streuwinkels \thlab . Diese Anordnung ermöglicht einen schnellen
Trigger auf elastische Ereignisse aufgrund der charakteristischen
Winkelbeziehungen der elastischen pp-Streuung.
Die Simulation erfaßt die Geometrie von Detektor und Meßplatz in allen
Details; sie berücksichtigt Energieverluste, multiple scattering und
hadronische Reaktionen im Detektormaterial, sowie den Einfluß von
Szintillator und Elektronik auf die Signale. Als Eventgenerator
für hadronische Ereignisse wird MICRES (eine Weiterentwicklung des
INC-Codes) verwendet. Außerdem können Elektronen aus der ep-Streuung
gemäß dem Rosenbluth-Wirkungsquerschnitt erzeugt werden.
Es wurde elastische pp-Streuung simuliert, um deren Signaturen im Detektor
zu untersuchen, die Analysesoftware zu testen und zu optimieren und
insbesondere, um die efficiency \eta (\Phi , \Theta cms, Tp) des
Detektors zu bestimmen. Es ergab sich eine von \thcms sowie Tp
unabhängige efficiency von 0.97 +/- 0.016.
Zum anderen wurden verschiedene Untergrundkanäle simuliert, um ihren Anteil
an den Daten, sowie Möglichkeiten, diesen zu reduzieren,
abzuschätzen: Elektronen aus der elastischen Proton-Elektron-Streuung
gelangen mit einer Wahrscheinlichkeit von bis 20 (abhängig von der
Strahlenergie) in die Stabschale, weniger als 5 der elastischen Ereignisse
enthalten ein solches koinzidentes Elektron. Der Anteil des Untergrundes
aus inelastischer pp-Streuung und Reaktionen am Kohlenstoff variiert stark
mit der Projektilenergie und dem Winkel \thcms: Für Tp = 1500 MeV
liegt der Anteil der inelastischen an der gesamten pp-Streuung nach allen
Schnitten (mit der Forderung \alpha < 8\circ) zwischen
0.4 bei \thcms = 35\grad und 3.0 bei \thcms = 90\grad; der über
\thcms gemittelte Anteil variiert zwischen 1.2 bei 793 MeV und
3.4 bei 2589 MeV. Der Anteil der Ereignisse vom Kohlenstoff variiert
entsprechend bei Tp = 1500 MeV zwischen 16 (35\grad) und 39
(90\grad), der über \thcms gemittelte Anteil zwischen 15 (Tp =
793 MeV) und 35 (Tp = 2589 MeV).
Der Vergleich mit experimentellen Daten zeigt, daß die Simulation in der
Lage ist, ein gutes Bild der Realität zu erzeugen: Es ergeben sich
generell gute qualitative Übereinstimmungen; die Abweichungen liegen unter
10 (15 im Falle des Kohlenstoffs). Dabei ist die Abweichung um so
kleiner, je verläßlicher der Eventgenerator ist; bei hohem Tp fehlen
insbesondere spektrale und winkeldifferentielle Informationen. Die oben
gemachten Angaben zum Anteil des Kohlenstoff-Untergrundes stimmen gut mit
experimentell ermittelten überein.
In this work a simulation of the EDDA experiment was developed. In the first stage the EDDA experiment aims at the measurement of the excitation functions of proton-proton elastic scattering for projectile energies 500 MeV =< Tp =< 2600 MeV in the angular range 10\grad =< \thlab =< 72\grad. The experiment has been installed at the internal target place TP2 of the Cooler Synchrotron COSY at Forschungszentrum Jülich. Measurements are performed during the acceleration of the beam using polypropylene fiber targets. Carbon fiber targets are used for a separate measurement of the background arising from the carbon content of the CH2 target. The detector consists of a double layer of scintillator elements: bars for the reconstruction of the azimuthal angle \ph and semi rings for the reconstruction of the polar angle \thlab . This concept facilitates a fast triggering of elastic events identified by the coplanarity an kinematic relations of the 2 emerging protons. The simulation is based on a detailed description of the detector und target geometry; it considers energy losses, multiple scattering and secondary hadronic reactions in the detector material as well as the impact of scintillator and electronics on the signals. MICRES (an improvement of the INC model) was used as event generator. The proton-electron scattering can generate \delta electrons in accordance with Rosenbluth formula. Simulations of elastic events were used to identify their hitpatterns in the detector, to test and improve the analysis and to determine the efficiency \eta (\Phi , \Theta cms, Tp) of the detector. The efficiency amounts to 0.97 +/- 0.016 and it does not depend on \thlab or Tp. Simulations of competing proton-proton inelastic scattering, proton-electron scattering and proton-carbon reactions allow to estimate the contribution of general background channels to the data and to study the possibility of reducing the background: Depending on the beam energy up to 20 of the electrons out of proton-electron scattering reach the slab layer, less than 5 of the elastic events are accompanied by such a coincident electron. The contribution of background resulting from proton-proton inelastic scattering and the carbon content of the \ch depends strongly on Tp and \thcms: At Tp = 1500 MeV the contribution of proton-proton inelastic scattering to proton-proton scattering after applying all cuts (including \alpha < 8\circ) varies between 0.4 (\thcms = 35\grad) and 3.0 (\thcms = 90\grad); averaging with respect to \thcms results in 1.2 at Tp = 793 MeV and 3.4 at Tp = 2589 MeV. The contribution of carbon varies between 16 (35\grad) and 39 (90\grad) at Tp = 1500 MeV and amounts to an angular average of 15 at Tp = 1500 MeV, 35 at Tp = 2589 MeV, respectively. As a general result of the comparisons of simulated data to experimental data one can state, that the simulation is able to describe reality: All characteristics are reproduced at least qualitatively; deviations are less than 10 (15 in the case of carbon). The extent of this deviation is closely correlated to the accuracy of the event generator; particularly at higher energies information about angular and spectral distribution is lacking. The above statements concerning the contribution of carbon background are in good agreement with experimental results.