Bestimmung der Doppelpolarisationsobservablen G in π⁰-Photoproduktion

Abstract

Die Hadronenspektroskopie stellt zur Untersuchung des inneren Aufbaus der Nukleonen und damit der Wechselwirkung zwischen den Konstituenten, den Quarks, ein geeignetes Mittel dar. Die bereits gemessenen Anregungszustände des Protons, die sogenannten Resonanzen, zeigen jedoch deutliche Unterschiede zu den aktuellen Vorhersagen in den Quarkmodellen oder in der Gittereichtheorie. So werden bei höheren Energien deutlich mehr Resonanzen vorhergesagt, als bislang experimentell nachgewiesen werden konnten.<br /> Dies kann an der Struktur der Resonanzen liegen: Aufgrund der geringen Lebensdauer sind die Anregungszustände breit und überlappen deshalb stark. Um diese Resonanzen zu identifizieren, werden Polarisationsobservable benötigt, die sensitiv auf Interferenzterme und damit auch auf schwache Resonanzbeiträge sind. <br /> Hierzu wurde in dieser Arbeit die Photoproduktion neutraler Pionen an Protonen gemäß der Reaktion γp → pπ 0 → pγγ untersucht. Mit dem Crystal-Barrel-Experiment wurden an der Bonner Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA Daten mit linearpolarisierten Photonen aufgenommen, welche mit longitudinalpolarisierten Protonen wechselwirken. Das Detektorsystem besteht aus zwei Kalorimetern, die eine optimale Nachweiseffizienz für Reaktionen mit neutralen Photonen im Endzustand bieten. Neben dem Butanol-Target, welches polarisierte Protonen zur Verfügung stellt, wurden weitere Messungen an freien Protonen in einem Flüssig-Wasserstoff-Target und an gebundenen Protonen in einem Kohlenstoff-Target durchgeführt. <br /> Die Reaktion wurde über verschiedene Schnitte extrahiert und der Anteil an Untergrundreaktionen konnte auf 0, 2% reduziert werden, wobei die nahezu volle Raumwinkelabdeckung zur Verfügung steht. <br /> Die Analyse von Reaktionen mit linearpolarisierten Photonen und longitudinalpolarisierten Protonen erlaubt die Extraktion der Einfachpolarisationsobservablen Σ und der Doppelpolarisationsobservable G, wobei in den hier analysierten Daten ein Energiebereich von Eγ = 600 − 1100 MeV verwendet wurde. Durch Untersuchung von Asymmetrien konnte die Strahlasymmetrie Σ bestimmt und mit den bisherigen Messungen am freien Proton verglichen werden, wobei sich eine gute Übereinstimmung zeigte. <br /> Zur Bestimmung der Doppelpolarisationsobservablen G, welche in dem Energiebereich erstmalig extrahiert wurde, wurden drei unterschiedliche Methoden angewendet und miteinander verglichen. Alle drei Methoden liefern dabei konsistente Resultate und die Doppelpolarisationsobservablen G konnte über den gesamten Winkelbereich bestimmt werden. <br /> Die extrahierten Observablen Σ und G konnten mit Vorhersagen von drei verschiedenen Partialwellenanalysen verglichen werden. Dabei zeigten sich vor allem bei der Doppelpolarisationsobservablen G bei niedrigen Energien deutliche Unterschiede, die damit neue Informationen für die Partialwellenanalysen liefern.