Arne Wellinghausen, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 1998 :

"Elastische Proton - Proton Streuung"


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Summary

Kurzfassung

EDDA ist ein internes Experiment am Cooler Synchrotron COSY des Forschungszentrums Jülich, Deutschland. Es ist für die präzise Messung der elastischen Proton--Proton--Streuung im Energiebereich 250 MeV < T < 2500 MeV konzipiert. Die Datennahme erfolgt während der Beschleunigung des rezirkulierenden Protonenstrahls in kleinen Energieschritten von wenigen MeVx. Der EDDA--Detektor ist ein zweischaliges Hodoskop aus Plastikszintillatoren und überdeckt den Winkelbereich 30° < &gThetacm < 90°. Der Fehler für die Rekonstruktion des Polarwinkels eines Ejektils beträgt \delta\Thetacm = 1.0\gradx (FWHM). Das EDDA--Experiment ist in zwei Phasen gegliedert. Die erste ist im Sommer 1996 experimentell abgeschlossen worden. Sie hatte die Messung von Anregungsfunktionen des spingemittelten differentiellen Wirkungsquerschnittes \fracd\sigmad\Omega zum Ziel. Die Messungen erfolgten mit dünnen CH2--Fädchentargets. Der Untergrund durch quasielastische pC Ereignisse wurde in separaten Messungen mit Kohlenstoff--Targets bestimmt. In der zweiten Phase werden Anregungsfunktionen von vier Spinobservablen vermessen. Ein Teil der Ergebnisse für die erste Phase -- im Umfang von etwa 15 Millionen elastischen Ereignissen -- ist bereits veröffentlicht worden. % [Alb97]. Diese Daten stammen aus der Meßzeit im September 1995. Sie ermöglichten eine Erweiterung der Streuphasenanalyse für die Nukleon--Nukleon--Daten bis zur Energie T = 2500 MeVx. % [Arn97]. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Analyse von etwa 30 Millionen elastischen Ereignissen aus der Meßzeit im Juni 1996. Das Schema und die Methoden der Datenanalyse werden vollständig dargestellt. %, wobei ausführlich auf die Korrektur des Untergrundes % und der Luminosität eingegangen wird. Der systematische Fehler des Datensatzes beträgt 3.5 %, die globale Normierungsunsicherheit ist 4 %. Ein Vergleich mit den 95er Daten zeigt, daß sich die doppelte Statistik der 96er Daten in einem deutlich glatteren Verlauf der Winkelverteilungen und Anregungsfunktionen widerspiegelt, insbesondere im Bereich des symmetrischen Winkels bei hohen Energien. Außerdem liefern nur die 96er Daten Ergebnisse für Projektilenergien unterhalb von 500 MeVx. Schließlich werden beide Datensätze zu einem zusammengefaßt, der nunmehr 45 Millionen elastische Ereignisse enthält. Dieser wird mit der Vorhersage der neuesten Lösung einer Streuphasenanalyse (FX98 (Herbst 1998), entnommen dem SAID--Programm) für \fracd\sigmad\Omega verglichen, die noch nicht die 96er Daten berücksichtigt. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Analyse der Anregungsfunktionen von \fracd\sigmad\Omega % des spingemittelten differentiellen Wirkungsquerschnittes im Hinblick auf dibaryonische Resonanzen im Isospin I = 1 Kanal. Die hohe Statistik des gesamten Datensatzes und die Energieschärfe des Strahls ermöglichen eine Einteilung der Daten in Impulsbins der Breite \Delta p = 10 MeVx/c. Mittels Simulationsrechnungen wird die Sensitivität von \fracd\sigmad\Omega auf schmale Breit--Wigner Resonanzen in bestimmten Partialwellen untersucht. In Verbindung mit den experimentellen Daten werden die hierbei gewonnenen Ergebnisse für eine Abschätzung der unteren Nachweisgrenze für die Resonanzparameter benutzt: Auf einem Signifikanzniveau von 3 Standardabweichungen können für Strahlimpulse p < 3100 MeVx/c Resonanzen mit einer totalen Breite 10 MeVx < \gamma < 100 MeVx (FWHM) und einer Elastizität \gammael/\gamma > 0.2 (0.1) in der 1S0 (1D2) Welle ausgeschlossen werden.

Titel

Kurzfassung

Summary

EDDA is an internal experiment at the Cooler Synchrotron COSY of the research center Jülich, Germany. It aims to precisely measure proton--proton elastic scattering excitation functions in the energy range 250 MeV < T < 2500 MeV. Data is taken during the acceleration of the recirculating COSY beam in narrow energy steps. The EDDA detector consists of a double layer cylindrical hodoscope made of plastic scintillators which covers the angular range 30\gradx < \Thetacm < 90\gradx and provides an angular resolution of \delta\Thetacm = 1.0\gradx (FWHM). In phase one of the experiment spin averaged differential cross sections were measured using internal CH2 fiber targets and also carbon fiber targets for background correction. Taking data has been finished in summer 1996. Phase two of the experiment has already started and focuses on the measurement of four spin observables, namely the analyzing power A00n0 and the spin correlation parameters A00nn, A00ss and A00sk. Results of phase one based upon 15 million elastic events taken in September 1995 have been published. % [Alb97]. This data set had a significant impact on nucleon--nucleon phase shift analyses and allowed for their extension up to 2.5 GeVx. % [Arn97]. This thesis deals with the analysis of another 30 million elastic events taken in June 1996. A complete description of the data analysis techniques is given, particulary background and luminosity correction. The systematic error and the overall normalization uncertainty amounts 3.5% and 4%, respectively. Compared to the data taken in September 1995 the second set reveals much more smooth angular distributions and excitation functions, especially around the symmetric angle at high energies. Furthermore, data below 500 MeV projectile energy are available. Finally, the two data sets were combined yielding one set of 45 million pp elastic scattering events. This is compared to predictions of the most recent phase shift solution FX98 (fall 98, taken from SAID) for \fracd\sigmad\Omega that does not include the 1996 data set yet. The discussion of spin averaged differential cross section excitation functions with respect to dibaryon resonances in the isospin I = 1 channel is another topic of this thesis. Due to the high statistics of the combined data set and the resolution of the projectile energy a momentum binning of \Delta p = 10 MeVx/c is possible. The sensitivity of the spin averaged differential cross section \fracd\sigmad\Omega on narrow Breit--Wigner resonances superimposed to single partial waves is calculated using the SAID program. The results are used to derive lower limits for resonance parameters from the experimental data: Narrow resonances in the 1S0 (1D2) partial wave having a total width 10 MeVx < \gamma < 100 MeVx (FWHM) and an elasticitiy \gammael/\gamma > 0.2 (0.1) can be excluded in the momentum range p < 3100 MeVx/c on a confidence level of 3 standard deviations.