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Elektroproduktion von pi+ -Mesonen an 3He und das Studium von Mediumeffekten

Kohl, Michael :
Elektroproduktion von pi+ -Mesonen an 3He und das Studium von Mediumeffekten.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2001)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Elektroproduktion von pi+ -Mesonen an 3He und das Studium von Mediumeffekten
Language: German
Abstract:

Im Rahmen dieser Arbeit wurden hochauflösende Koinzidenzexperimente zur Elektroproduktion von pi+-Mesonen an 3He mit der Dreispektrometer-Anlage der A1-Kollaboration am Elektronenbeschleuniger MAMI des Instituts für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz durchgeführt. Diese Experimente an 3He stellen einen Beitrag des Instituts für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt dar. Ziel der Experimente war es, anhand der kinematisch vollständigen Reaktion 3He(e,e'pi+)3H den Einfluß des Kernmediums auf die Eigenschaften des Pions und der Delta(1232)-Resonanz zu studieren. Dazu wurde zunächst das bei tiefen Temperaturen und hohen Drücken betriebene 3He-Gastarget mit der Erprobung und Verwendung einer neuartigen Targetzelle sowie durch eine Änderung des Aufbaus der Kälteversorgung deutlich verbessert. Hierdurch wurde ein stabiler Betrieb des Targets bei einer Temperatur T = 20 K, einem Druck p = 20 bar und Strahlströmen bis zu 40 muA ermöglicht. Um die Unterdrückung von Untergrundereignissen durch zufällige Koinzidenzen und die Genauigkeit der Pionzerfallskorrektur zu optimieren, wurden mit einem gepulsten Elektronenstrahl die Längen der Teilchenbahnen durch die Spektrometer kalibriert und damit eine Auflösung der Koinzidenzzeit von 750 ps (FWHM) erreicht. Zwei experimentelle Methoden fanden Anwendung. Zum einen wurde bei einem konstanten Viererimpulsübertrag Q2 = 0.100 (GeV/c)2 in paralleler Kinematik die Einschußenergie zwischen 555 und 855 MeV variiert, um die longitudinalen (L) und transversalen (T) Anteile des differentiellen Wirkungsquerschnitts zu separieren. Zum anderen wurde bei einer Einschußenergie von E0 = 855 MeV und einem Viererimpulsübertrag Q2 = 0.100 (GeV/c)2 die Winkelverteilung der Pionen bezüglich der Impulsübertragsrichtung in einem großen Bereich gemessen, um den longitudinal-transversalen Interferenzterm (LT) zu extrahieren. Die experimentellen Daten werden mit Modellrechnungen verglichen, die auf der elementaren Pionproduktionsamplitude basieren und neben Borntermen die Anregung der Delta- und höherer Resonanzen beinhalten. Des weiteren gehen Dreiteilchen-Faddeev-Wellenfunktionen sowie die Endzustandswechselwirkung des auslaufenden Pions in die Rechnung ein. Die experimentellen Wirkungsquerschnitte werden von dem Modell erst reproduziert, wenn zusätzliche Mediummodifikationen des Pions und des Delta-Isobars in Form von Selbstenergietermen berücksichtigt werden. Aus der Selbstenergie des Pions folgt im Rahmen der Chiralen Störungstheorie eine effektive Masse des pi+-Mesons von mpi+* = (137.9 ± 2.1) MeV/c2 im neutronenreichen nuklearen Medium bei einer Dichte von rho = 0.057 fm-3, d.h. die pi+-Masse verringert sich um Delta mpi+ = -(1.7 ± 2.1) MeV/c2, wenn es in 3H propagiert. Die aus früheren Daten der pi0-Photoproduktion an 4He extrahierte Delta-Selbstenergie ist mit den Ergebnissen des vorliegenden Experiments verträglich. Hieraus folgt ein Anstieg der Masse und der Zerfallsbreite der Delta-Resonanz im Kernmedium von Delta MDelta = (40 - 50) MeV/c2 und Delta GammaDelta = (60 - 70) MeV im untersuchten kinematischen Bereich. Mit der Zielsetzung, nach Delta-Beimischungen im 3He-Grundzustand zu suchen, sind darüber hinaus Messungen der Dreifachkoinzidenzreaktion 3He(e,e'p pi+)nn durchgeführt worden. Die im Rahmen dieser Arbeit optimierte Koinzidenzzeitauflösung bildet die Grundlage für die Analyse der Daten dieses schwierigen Experimentes.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In this work high-resolution coincidence experiments in electroproduction of pi+ mesons from 3He have been performed with the three-spectrometer facility of the A1 collaboration at the electron accelerator MAMI of the Institut für Kernphysik at the Johannes Gutenberg-Universität Mainz. These experiments on 3He represent a contribution of the Institut für Kernphysik at the Technische Universität Darmstadt. It was the aim of the experiments using the kinematical completeness of the 3He(e,e'pi+)3H reaction to study the influence of the nuclear medium on the properties of the pion and the Delta(1232) resonance. Firstly, the 3He gas target, which is driven at high pressure and low temperature, has been significantly improved by testing and applying a novel target cell as well as modifying the cryo support apparatus. As a result, a stable target operation at a temperature T = 20 K, a pressure p = 20 bar and beam currents up to 40 muA has been accomplished. In order to suppress background events from accidental coincidences and to optimize the precision of the pion decay correction, a pulsed electron beam has been used to calibrate the lengths of the particle tracks through the magnetic spectrometers and by this a coincidence time resolution of 750 ps has been achieved. Two experimental methods have been applied. On the one hand, in parallel kinematics at constant four-momentum transfer Q2 = 0.100 (GeV/c)2 the beam energy has been varied between 555 and 855 MeV in order to separate the longitudinal (L) and transverse (T) components of the differential cross section. On the other hand, at the beam energy E0 = 855 MeV and the four-momentum transfer Q2 = 0.100 (GeV/c)2 the angular distribution of the pions with respect to the momentum transfer direction has been measured over a large range, in order to extract the longitudinal-transverse interference term (LT). The experimental data are compared to model calculations which are based on the elementary pion production amplitude and which contain besides the Born terms also the excitation of the Delta and higher resonances. Moreover, three-body Faddeev wave function are used and it is accounted for the final state interaction of the outgoing pion. The experimental cross section are reproduced only after additional medium modifications of the pion and the Delta isobar are considered in terms of self energies. In the framework of Chiral Perturbation Theory it follows from the pion self energy an effective mass of the pi+ meson of mpi+* = (137.9 ± 2.1) MeV/c2 in the neutron-rich nuclear medium at a density rho = 0.057 fm-3, i.e. the pi+ mass is reduced by Delta mpi+ = -(1.7 ± 2.1) MeV/c2 when it propagates in 3H. The Delta self energy as extracted from previous data of pi0 photoproduction from 4He is compatible with the results of the present experiment. Subsequently, the mass and the decay with of the Delta resonance in the nuclear medium are increased by Delta MDelta = (40 - 50) MeV/c2 and Delta GammaDelta = (60 - 70) MeV in the considered kinematical region. With the aim to search for Delta admixtures in the 3He ground state, further measurements in the 3He(e,e'p pi+)nn triple coincidence reaction have been performed. The coincidence time resolution optimized in this work provides the baseground for a data analysis of this challenging experiment.English
Uncontrolled Keywords: Mediumeffekte, Delta-Baryon
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Mediumeffekte, Delta-BaryonGerman
medium effects, delta baryonEnglish
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:47
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000168
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-1685
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Wambach, Prof. Dr. Jochen
Advisors: Richter, Prof. Dr. Achim
Refereed: 9 July 2001
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/168
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