Karsten Büßer, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 1999 :

"Anregungsfunktionen und Winkelverteilungen der Analysierstärke der elastischen Proton-Proton-Streuung bei mittleren Energien"

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Kurzfassung

Das EDDA-Experiment ist ein Experiment zur Vermessung von Anregungsfunktionen und Winkelverteilungen von Observablen der elastischen Proton-Proton-Streuung im Energiebereich von 500 MeV <= T <= 2600 MeV. Es ist an einem internen Targetplatz des Protonensynchrotrons COSY des Forschungszentrums Jülich installiert. Die Datennahme geschieht während der Beschleunigung des rezirkulierenden Protonenstrahls. Der Detektor besteht aus einem zweischaligen zylindrischen Szintillatorhodoskop, das im Schwerpunktsystem einen Streuwinkelbereich von 30° <= q_cm <= 90° abdeckt. Durch kinematische Anpassung der Trajektorien beider Protonen an die Durchstoßpunkte beider Detektorschalen wird der Vertex der Reaktion mit einer Auflösung von weniger als 2 mm (FWHM) rekonstruiert. Die Winkelauflösung liegt bei dq_cm &asymp1.3 °. In einer ersten Phase des Experiments wurde der differentielle Wirkungsquerschnitt s/W mit dem unpolarisierten COSY-Strahl und dünnen CH₂-Fädchentargets vermessen. Diese Phase des Experiments ist abgeschlossen, die Daten wurden teilweise veröffentlicht. In der in dieser Arbeit behandelten zweiten Phase des EDDA-Experimentes wurden in drei Meßzeiten in den Jahren 1998 und 1999 Anregungsfunktionen und Winkelverteilungen der Analysierstärke A_N gemessen. Dazu wurde ein polarisiertes Atomstrahltarget verwendet, das einen Wasserstoff--Atomstrahl mit einer effektiven Polarisation von 70% und einer effektiven Teilchenflächendichte von 1.8* 10¹¹ cm^-2 erzeugen kann. Der intensive COSY-Strahl mit im Schnitt 3* 10¹⁰ gespeicherten Protonen wurde während der Be- und Entschleunigungsphase genutzt, so daß insgesamt etwa 35 Mio. elastische Ereignisse akkumuliert werden konnten. Die Analysierstärken wurden aus Asymmetriemessungen im Detektor ermittelt, wobei die Polarisation im Target in verschiedene Raumrichtungen geschaltet wurde. Die Normierung der Daten geschieht auf eine Winkelverteilung A_N(q_cm) eines Experiments hoher Präzision bei einer festen Energie von T=730 MeV. Die Normierungsunsicherheit beträgt 4.2% bei der Normierungsenergie. Bei einem Impulsbinning von d p = 60 MeV und einem Winkelbinning von dq_cm = 5^° liegen die absoluten statistischen Fehler für die Analysierstärke im Bereich von 0.005 <=d A_N <= 0.028. Die Daten zeigen im Vergleich mit Fremddaten gute Übereinstimmung. Die Vorhersage der SAID-Streuphasenanalyse, Lösung SP99, weicht vom Verlauf der Daten im Impulsbereich von 1800 MeV/c < = p <= 2400 MeV/c signifikant ab. Die dritte Phase des EDDA-Experimentes sieht die Messung der Spinobservablen A_NN, A_SS und A_SL vor. Zur Diagnose des dabei benötigten polarisierten COSY-Strahls wurde ein Polarimeter entwickelt, das unabhängig von EDDA die Polarisation der Protonen schnell und mit hoher Präzision bestimmen kann.

Titel

Kurzfassung

Summary

The aim of the EDDA experiment is the measurement of excitation functions and angular distributions of elastic proton-proton scattering in the energy range of 500 MeV <= T <= 2600 MeV. The detector is installed at an internal target station of the proton synchrotron COSY of the Forschungszentrum Jülich where data can be taken during the acceleration of the recirculating beam. The detector consists of a double layer cylindrical scintillator hodoscope covering an angular range of 30° <= q_cm <= 90° in the center of mass system. Kinematic fitting of the trajectories of both scattered protons allows to reconstruct the vertex with a spatial resolution of less than 2 mm full width at half maximum (FWHM). The resulting angular resolution is dq_cm &asymp1.3 °. During the first phase of the experiment the differential cross section \fracd\sigmad\Omega has been measured using the unpolarized COSY beam and thin CH₂ fiber targets. This phase of the experiment is finished, the data have been partially published. This work covers the second phase of the EDDA experiment where excitation functions and angular distributions of the analyzing power A_N have been measured in three beam times in 1998 and 1999. A polarized atomic beam target provides a beam of atomic hydrogen with an effective polarization of 70% and a particle density of 1.8* 10¹¹ cm^-2. The intense COSY beam with typically 3* 10¹⁰ stored protons has been used during acceleration and deceleration resulting in about 35 mio. accumulated elastic scattered events. The analyzing powers have been determined using asymmetries measured in the detector. The normalization has been done using an angular distribution A_N(q_cm) from a high precision experiment at a fixed energy of T=730 MeV. The normalization uncertainty is 4.2 % at the normalization energy. The absolute statistical errors are 0.005 <= d A_N <= 0.028 at an angular binning of dq=5° and a momentum binning of dp=60 MeV/c. The resulting analyzing powers fit well to existing data. The predictions of the phase shift analysis SAID, solution SP99, differ significantly from our data in the momentum region 1800 MeV/c <= p <= 2400 MeV/c. The third phase of the EDDA experiment is dedicated to measure the spin observables A_NN, A_SS and A_SL using the polarized COSY beam and the polarized target. A polarimeter has been developed which can measure the beam polarization independent of the EDDA experiment fast and with high precision.