Frank Bauer, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2001 :

"Polarisationsobservable der elastischen p p-Streuung für Energien bis 2.5 GeV: Experimentelle Bestimmung von Spinkorrelationskoeffzienten"


Schlagwörter: Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung, elastische Streuung, Proton,Polarisationsobservable, Streuphasenanalyse
PACS : 13.75.Cs, 25.40.Cm, 24.70.+s, 29.27.Hj, 29.25.Pj
Summary

Kurzfassung

EDDA ist ein internes Experiment am Cooler Synchrotron COSY des Forschungszentrums Jülich. Der Detektor ist ein zweischaliges zylindersymmetrisches Szintillatorhodoskop, welches einen Streuwinkelbereich von 30 ≤θcm≤ 90 im Schwerpunktsystem abdeckt und speziell auf die Kinematik der elastischen Proton-Proton-Streuung zugeschnitten ist. Streuwinkel und Reaktionsvertex werden aus den Durchstoßpunkten der Ejektile durch die beiden Schalen des EDDA-Detektors bestimmt.
Das EDDA-Experiment hat die Messung von Winkelverteilungen und Anregungsfunktionen im Energiebereich von 500 MeV≤ Tp≤ 2500 MeV von fünf Observablen der elastischen Proton-Proton-Streuung zum Ziel. In einer ersten Phase wurde der unpolarisierte differentielle Wirkungsquerschnitt dσ/ dΩ vermessen. Diese erste Phase ist experimentell abgeschlossen, ebenso wie die zweite Phase des EDDA-Experimentes, in welcher die Messung der Analysierstärke AN erfolgte. Für beide Observablen wurden erste Ergebnisse veröffentlicht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der dritten Phase des EDDA-Experimentes, der Messung der drei Spinkorrelationskoeffzienten ASS, ANN und ASL, die in drei Meßzeiten im November/Dezember 1999, Mai/Juni 2000 und November/ Dezember 2000 durchgeführt wurden. Zur Messung der Spinkorrelationskoeffzienten wurde ein polarisiertes Atomstrahltarget mit einer typischen Flächendichte von 1.8 1011cm−2 und einer effektiven Polarisation zwischen 60% und 70% verwendet. Der ebenfalls polarisierte COSY-Strahl befand sich im Verlauf der in dieser Arbeit betrachteten Strahlzeiten noch in der Entwicklungsphase. Sowohl die Polarisation als auch die Strahlfüllung konnten im Verlauf der Messungen gesteigert werden. Maximale Werte für die Strahlpolarisation bei höchsten Energien lagen bei knapp 65% mit Strahlfüllungen von etwa 4 109 Protonen. Das entspricht Luminositäten von 9.0 1026cm−2s−1. Diese Luminositäten waren nicht ausreichend, um mit Messungen während der Strahlbeschleunigung, wie sie im Falle von dσ/dΩ und AN durchgeführt wurden,im gesamten Energiebereich genügende Statistik für die Spinkorrelationskoeffzienten zu erreichen. Die Messungen von ASS, ANN und ASL während der Strahlbeschleunigung, die insgesamt etwa 2 Mio. Ereignisse umfassen,wurden deshalb um einige Messungen bei festen Strahlimpulsen ergänzt. Die Spinkorrelationskoeffzienten werden mit einem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren aus Zählratenasymmetrien im Detektor extrahiert. Der systematische Fehler bei der Bestimmung der Spinkorrelationskoeffzienten ist kleiner als 1.7%. Die Bestimmung der Strahl- und Targetpolarisationen mit Hilfe von Analysierstärkedaten des EDDA-Experimentes aus Phase 2 ist mit einer absoluten Normierungsunsicherheit von maximal 4.1% möglich. Die Ergebnisse des EDDA-Experimentes stimmen im Rahmen der statistischen Fehler mit bereits existierenden Daten überein und erweitern den Weltdatensatz insbesondere von ASS erheblich. Streuphasenanalysen, die die Daten des EDDA-Experimentes noch nicht enthalten, zeigen deutliche Abweichungen immer dort, wo bislang nur wenige Daten vorlagen. Dies gilt insbesondere für die Observable ASS.

Titel

Kurzfassung

Summary

EDDA is an internal experiment at the Cooler Synchrotron COSY of the Forschungszentrum Jülich. The detector is specialized for a detailed study of the elastic proton-proton-scattering and consists of two concentric szintillator hodoscopes of cylindrical symmetry, covering an angular range of 30 ≤θcm≤ 90 in the center of mass system. The reaction vertex and the scattering angle are reconstructed from the points of incidence through the two layers of the detector.
The EDDA-Experiment measures angular distributions and excitation functions of five observables of the elastic proton-proton scattering in the energy range 500 MeV≤ Tp≤ 2500 MeV with focus on polarization observables. The first phase was devoted to the measurement of the unpolarized di erential cross section dσ/dΩ, the second phase consisted of the measurement of the analyzing power AN. Both are finished and first results have been published. This work deals with the third phase of the EDDA-experiment: the determination of the three spin correlation coeffcients ASS, ANN and ASL, which were measured during three successive beamtimes in November/December 1999, May/June 2000 and November/December 2000. For the measurements of the spin observables, a polarized atomic beam target was used with a typical target thickness of 1.8 1011cm−2 and effective polarizations between 60% and 70%. Some development during the different beamtimes resulted in a polarized COSY-beam with up to 65% polarization at highest energies with 4 109 stored protons. These numbers convert into luminosities of 9.0 1026cm−2s−1; they were insuffcient to perform measurements only during beam acceleration, as it was done for dσ/dΩ and AN to obtain data with suffcient statistics needed for high internal consistency. To accumulate statistics at higher energies, data acquisition for ASS, ANN and ASL during beam acceleration (approx. 2 mio. events) was combined with measurements at some fixed energies. The spin correlation coeffcients are determined with a method developed within this work using count rate asymmetries. The systematic error of this method is smaller than 1.7%. The uncertainty of the determination of the beam- and targetpolarizations by normalizing count rate asymmetries to the analyzing power measured by the EDDA-Experiment in phase two is smaller than 4.1% on an absolute scale. The results of the EDDA-Experiment are in good agreement with the excisting data. They expand the world data base, especially for ASS. The solutions of phase shift analyses not containing the EDDA data show significant systematic deviations where the data base is poor, especially for the observable ASS at higher energies.