Strahlungsbegleitete π⁰-Photoproduktion am Proton

Abstract

Diese Arbeit beschreibt ein Experiment zur strahlungsbegleiteten π⁰-Photoproduktion am Proton im Energiebereich der Δ-Resonanz, das in den Jahren 2004 und 2005 am Elektronenbeschleuniger MAMI (<b>Ma</b>inzer <b>Mi</b>krotron) des Instituts für Kernphysik der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz durchgeführt wurde. Die Untersuchung der Reaktion γp->pπ⁰γ' ermöglicht im Rahmen eines theoretischen Reaktionsmodells die Angabe des magnetischen Dipolmoments der Δ⁺(1232)-Resonanz über die Beiträge eines Übergangs Δ->Δγ' innerhalb der Breite G=120 MeV der Resonanz. Aufgrund von Paritäts- und Drehimpulserhaltung ist dieser innere Übergang in niedrigster Ordnung durch den M1-Multipol (magnetischer Dipolübergang) gegeben und somit sensitiv auf das magnetische Moment. Zur Extraktion dieser Größe ist allerdings eine theoretische Beschreibung der Reaktion γp->pπ⁰γ' erforderlich, die unterschiedliche Mechanismen zur Emission des Photons γ', darunter die Bremsstrahlung des Protons als dominierenden Beitrag, berücksichtigt und das magnetische Dipolmoment als Parameter enthält. <br /> Mit dem Detektorsystem aus Crystal Ball und TAPS-Vorwärtswand und der Raumwinkelabdeckung von nahezu 4p konnte nun die Reaktion γp->pπ⁰γ mit deutlich höherer Statistik untersucht werden; zudem erlaubte die Nutzung eines sowohl linear als auch zirkular polarisierten Photonenstrahls neben der Untersuchung unpolarisierter Wirkungsquerschnitte auch die Betrachtung von Polarisationsobservablen. <br /> Das Experiment wurde mit einem reellen Photonenstrahl durchgeführt, der über die Bremsstrahlung des MAMI-Elektronenstrahls an einem Diamant- bzw. Eisenradiator erzeugt wurde. Durch die Impulsbestimmung der gestreuten Elektronen in einem magnetischen Spektrometer (<i>Glasgow-Mainz-Tagger</i>) und eine Koinzidenzanalyse mit den Produktdetektoren Crystal Ball und TAPS wurde dieser Photonenstrahl energiemarkiert und ermöglichte somit zusammen mit dem Flüssigwasserstofftarget eine genaue Kenntnis der Eingangsseite der photoinduzierten Reaktionen. Zur Untersuchung der Reaktion γp->pπ⁰γ' wurden alle Endzustandsteilchen mit ihren vollständigen Energie- und Impulsinformationen in den Detektorsystemen nachgewiesen. Die damit verbundene kinematische Überbestimmung erlaubte eine Vielzahl kinematischer Tests, über die Ereignisse der Reaktion γp->pπ⁰γ' nahezu untergrundfrei identifiziert werden konnten; die verbleibenden Beiträge aus den Konkurrenzreaktionen γp->pπ⁰ und γp->pπ⁰π⁰ wurden durch Simulationen bestimmt und von den gemessenen Verteilungen subtrahiert. <br /> Mit der in dieser Arbeit beschriebenen Datenanalyse konnten etwa 27600 Ereignisse der strahlungsbegleiteten π⁰-Produktion rekonstruiert werden, aus denen energie- und winkeldifferentielle Wirkungsquerschnitte aller drei Teilchen im Energiebereich zwischen 325 MeV und 475 MeV bestimmt wurden. Zusätzlich wurden die Photonasymmetrie S (linear polarisierte Photonen) und die <i>Single Spin</i>-Asymmetrie S_circ (zirkular polarisierte Photonen) untersucht. Diese Polarisationsobservablen zeigen im Rahmen der statistischen Genauigkeiten zwar keine ausreichende Sensitivität auf das magnetische Dipolmoment, sind aber für eine qualitative Beurteilung unterschiedlicher Reaktionsmodelle nützlich.