Bestimmung der Doppelpolarisationsobservablen E für die Reaktion γp → pπ⁰ am CBELSA/TAPS-Experiment

Abstract

Zur Untersuchung der starken Wechselwirkung im störungstheoretisch nicht behandelbaren Bereich und für ein besseres Verständnis des Inneren Aufbaus der Nukleonen ist die Baryonenspektroskopie ein wichtiges Werkzeug. Im Gegensatz zur Atomspektroskopie, wo sehr schmale, gut separierbare Linien im Emissions- und Absorptionsspektrum auftreten, sind die Anregungszustände des Nukleons breit und überlappen einander stark. Zudem werden häufig schwach beitragende Resonanzen durch dominante Resonanzen überdeckt, so dass ein Zugang stark erschwert wird. Eine Möglichkeit, auch schwach beitragende Resonanzen zu entdecken und zu untersuchen, sind Polarisationsobservable. Während der unpolarisierte Wirkungsquerschnitt ausschließlich auf die Amplitudenquadrate der einzelnen Partialwellen sensitiv ist, treten in Polarisationsobservablen zusätzlich Interferenzterme zwischen verschiedenen Partialwellen auf, so dass auch schwach beitragende Resonanzen einen größeren Effekt zeigen können. Um alle Partialwellen modellunabhängig bestimmen zu können, benötigt man ein "vollständiges Experiment". Um dies zu erreichen, werden mindestens 8 wohlgewählte Observablen benötigt. Dazu zählen neben dem unpolarisierten Wirkungsquerschnitt und den drei Einfachpolarisationsobservablen auch Doppelpolarisationsobservablen.<br /> Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die Doppelpolarisationsobservable E für die Pionphotoproduktion am Proton im Energiebereich von 600-2400 MeV bestimmt. Dazu stand am CBELSA/TAPS-Experiment an der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA ein zirkular polarisierter Photonenstrahl und ein longitudinal polarisiertes Butanoltarget zur Verfügung. Zusätzlich wurde zur Bestimmung des Dilution-Faktors, welcher den Anteil an Reaktionen am Wasserstoff des Butanols angibt, Daten an einem Wasserstofftarget und einem Kohlenstofftarget genommen. <br /> Um die Doppelpolarisationsobservable E zu bestimmen, wurden zwei verschiedene Methoden entwickelt. Bei der ersten Methode wurden ausschließlich die Daten am Butanoltarget verwendet und die Doppelpolarisationsobservable E mit Hilfe des Dilution-Faktors bestimmt. Bei der zweiten Methode wurde die Summe aus den Wirkungsquerschnitten bei antiparalleler und paralleler Spinstellung durch den unpolarisierten Wirkungsquerschnitt ausgedrückt, welcher anhand der Daten am unpolarisierten Wasserstofftarget bestimmt wurde. <br /> Die Ergebnisse der Doppelpolarisationsobservablen E wurden mit den Vorhersagen der drei derzeit gängigsten Partialwellenanalysen verglichen. Während der unpolarisierte Wirkungsquerschnitt von allen drei Vorhersagen gut beschrieben werden kann, treten hier bereits bei niedrigen Energien große Unterschiede zwischen den Vorhersagen und den Daten auf, so dass mit der Extraktion dieser Observable neue Informationen für die Partialwellenanalysen zur Verfügung gestellt werden können.