Messung des differentiellen Wirkungsquerschnitts der Reaktion γp -> pη für Photonenergien bis 1.3 GeV mit dem CB-ELSA Detektor

Abstract

In dieser Arbeit wurden die differentiellen Wirkungsquerschnittee der Reaktionen γp -> pη mit η -> 2γ, und γp -> pπ mit π -> 2γ, für Photonenergien bis 1305 MeV bestimmt. <br /> Zu diesem Zweck wurden im Rahmen dieser Arbeit Simulations- und Analyseprogramme für das CB-ELSA Experiment entwickelt. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte wurden mit existierenden Daten und theoretischen Modellen verglichen. <br /> Die Eichung der Photonenergie wurde mit zwei Verfahren durchgeführt, deren Resultate in guter Übereinstimmung sind. Die Simulation des Innendetektors wurde der experimentellen Situation angepasst und entsprechende Effizienzen bestimmt. <br /> Die Analyse der Reaktion γp -> pπ diente zur Bestimmung der Eichung der primären Photonenergie, sowie zum Test der Simulations-und Analysesoftware. Zudem ermöglichte sie die Messung des Photonenflusses, welcher zur Normierung des Wirkungsquerschnittes der Reaktion γp -> pη verwendet wurde. <br /> Der Verlauf des gemessenen differentiellen Wirkungsquerschnitts der Reaktion γp -> pπ stimmt hervorragend über den gesamten Energie--und Winkelbereich mit dem von SAID beschriebenen Verlauf überein. <br /> Der resultierende gemessene Wirkungsquerschnitt der Reaktion γp -> pη weist ebenfalls eine sehr gute Übereinstimmung mit früheren Messungen anderer Kollaborationen auf. <br /> Die gemessenen Daten tragen zur Lösung der Diskrepanz zwischen den von GRAAL und CLAS gemessenen Daten bei Photonenergien von 1075 MeV bei. <br /> Die Daten decken einen größeren Winkelbereich als die bisherigen Messungen ab. Dies ermöglichte es, zum erstenmal den Energiebereich bis 1305 MeV für Eta-Vorwärtswinkel zu messen. <br /> Die Daten weisen in diesem Bereich einen Anstieg auf, der einen Hinweis auf eine dritte, bisher unbeobachtete, aber vorhergesagte S11- Resonanz mit einer Masse von 1770-1880 MeV, die an Nη koppelt, geben könnte. Diese Erwartung wurde jedoch in einem Isobaren-Fit nicht bestätigt.<br /> Die Analyse der Daten bei Photonenergien bis 3 GeV, welche auch den 1.4 GeV- Datensatz beinhaltet, weist jedoch keinen Beitrag einer 3.S11 Resonanz auf, sondern findet eine neue, bisher unbeobachtete N(2070)D15--Resonanz die an den Nη-Kanal koppelt.

The differential cross sections of the reactions γp -> pη and γp -> pπ have been measured for photonenergies up to 1305 MeV. <br /> For this purpose simulation and analysis software have been developed for the CB-ELSA experiment. The measured cross sections are compared to existing data and theoretical predictions. The calibration of the beam energy is done by two different methods which are in good agreement. The simulation of the inner detector has been adapted to the experimental situation and its efficiencies are calculated. The analyis of the reaktion γp -> pπ is used for the calibration of the beam energy, for the test of the simulation and for the measurement of the photon flux, which is used for the normalization of the cross section of the reaction γp -> pη. The differential cross section of the reaction γp -> pπ is in excellent agreement with the SAID prediction for all energies and angles. The differential cross section of the reaction γp -> pη agrees very well with earlier data of other collaborations.<br /> The measured data can clarify the discrepancy between GRAAL and CLAS measurements at 1075 MeV photon energy and cover a larger solid angle than earlier measurements. The forward angles in eta photoproduction up to 1305 MeV photon energies are measured for the first time. <br /> The data show a rise at forward angles which has been associated with the presence of a predictet, yet undiscovered, third S11 nucleon resonance with a mass of 1770-1880 MeV which couples to Nη. However, an isobar analysis shows no need for such a state. The analysis of our data up to 3 GeV photon energy, which includes our 1.4 GeV data set, shows no sign of that third S11 state, but finds a new N(2070)D15 nucleon resonance which cpouples to the Nη channel.