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Experiment zur Messung des Ladungsradius des Protons am S-DALINAC und Untersuchung der Feinstruktur von Riesenresonanzen in 28Si, 48Ca und 166Er mit Hilfe der Waveletanalyse

Pysmenetska, Inna :
Experiment zur Messung des Ladungsradius des Protons am S-DALINAC und Untersuchung der Feinstruktur von Riesenresonanzen in 28Si, 48Ca und 166Er mit Hilfe der Waveletanalyse.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2009)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Experiment zur Messung des Ladungsradius des Protons am S-DALINAC und Untersuchung der Feinstruktur von Riesenresonanzen in 28Si, 48Ca und 166Er mit Hilfe der Waveletanalyse
Language: German
Abstract:

Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei Teilen. Im ersten Teil wird ein neuartiges Experiment zur Messung des Ladungsradius des Protons am S-DALINAC diskutiert. Hierfür wurde ein Aufbau basierend auf Halbleiterdetektoren entwickelt. Im Vergleich zu bisherigen Experimenten erlaubt dieser eine simultane Messung der Impulsübertragsabhängigkeit des Wirkungsquerschnitts für elastische Elektronenstreuung am Proton. Zur Untersuchung des in einem Testexperiment beobachteten erheblichen Untergrunds durch Elektronen und Bremsstrahlung wurden mehrere Koinzidenzverfahren getestet: Der Einsatz von DE-E Teleskopen, die Flugzeittrennung mit einem gepulsten Strahl und die Pulsformdiskriminierung. Die Kombination dieser Methoden erlaubt unter allen Streuwinkeln eine Reduktion des Untergrundes, die eine erfolgreiche Messung möglich macht. Die zu erwartenden Ergebnisse wurden für den gesamten Aufbau mit Monte-Carlo Simulationen untersucht und die Abhängigkeit der erreichbaren Genauigkeit von verschiedenen Parametern (Strahl- und Detektorgeometrie, Targeteigenschaften) studiert. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die Untersuchung der Feinstruktur von Riesenresonanzen in 28Si, 48Ca und 166Er mit Waveletmethoden. Eine diskrete Waveletanalyse wurde zur Bestimmung des Untergrundverlaufs in Spektren der isovektoriellen E1- und M2-Resonanz in 48Ca eingesetzt. Diese ermöglicht die Bestimmung von 1- und 2- Niveaudichten im Anregungsenergiebereich der jeweiligen Resonanzen mit Hilfe einer Fluktuationsanalyse. Die Resultate werden mit Niveaudichtemodellen basierend auf der semiempirischen "Back-Shifted Fermi Gas" Beschreibung und den mikroskopischen HF-BCS Rechnungen verglichen. Eine Fluktuationsanalyse der Feinstruktur der isoskalaren E2-Riesenresonanz in 166Er erlaubt die Extraktion der Kohärenzbreite der 2+ Zustände. Im Anregungsenergiebereich Ex = 10-16 MeV findet man Werte zwischen 30 und 80 eV. Die Feinstruktur von Riesenresonanzen ist außerdem durch Energieskalen charakterisiert. In Rahmen dieser Arbeit wurden Skalen in 28Si und 48Ca mit Hilfe der kontinuierlichen Waveletanalyse bestimmt. In 28Si wurden die isovektoriellen E1- und isoskalaren E2-Resonanzen analysiert. Für die E1-Resonanz werden vier Skalen bei 110 keV, 410 keV, 640 keV und 2.2 MeV gefunden. Die kleinste Skala zeigt eine systematische Abhängigkeit von der Anregungsenergie und steigt von 110 keV bei 16 MeV auf 220 keV bei 23 MeV. Mikroskopische Rechnungen im Rahmen der SRPA mit der realistischen UCOM-Wechselwirkung und unter Verwendung von Grundzustandsbesetzungszahlen aus einer Schalenmodellrechnung zeigen ebenfalls vier Skalen bei 80 keV, 200 keV, 500 keV und 1.5 MeV. Für die E2-Resonanz in 28Si wurden sechs Skalen bei 100 keV, 180 keV, 330 keV, 470 keV, 750 keV und 2.5 MeV gefunden. In 48Ca wurden die isovektorielle E1- und die M2-Resonanz untersucht. Die extrahierten Skalen für die E1-Resonanz liegen bei 190 keV, 290 keV, 650 keV und 3.3 MeV. Das oben beschriebene Modell liefert für 48Ca vier Skalen bei 90 keV, 240 keV, 400 keV und 700 keV. Für die M2-Resonanz werden Skalen bei 100 keV, 180 keV, 530 keV und 1.5 MeV extrahiert. Eine SRPA Rechnung mit der M3Y-Wechselwirkung liefert eine gute Übereinstimmung der Skalen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The present thesis consists of two parts. In the first part a novel experimental method for the measurement of the proton root-mean-square radius at the S-DALINAC is presented. A setup based on semiconductor detectors is realized. In contrast to previous experiments it allows a simultaneous measurement of the momentum transfer dependence of the elastic electron scattering cross section. A possible suppression of the significant electron and bremsstrahlung background observed in a test experiment was investigated with the help of different methods, such as DE-E telescopes, the time of flight method with a pulsed beam and pulse shape discrimination. The combination of these methods allows a reduction of the background at all scattering angles, which should allow a successful measurement. The response of the detector system was studied with the help of Monte-Carlo simulations with an emphasis on the dependence of the expected accuracy of different parameters (beam and detector geometry, target properties). The second part of this work describes an investigation of the fine structure of giant resonances in 28Si, 48Ca and 166Er with the help of a wavelet analysis. The discrete wavelet transform was used for a background determination in spectra of the iso vector E1 and the M2 giant resonances in 48Ca. This allows the extraction of 1- und 2- level densities in the excitation energy region of the respective resonances with the help of a fluctuation analysis. The results were compared with level density models based on the semi-empirical Back-Shifted Fermi Gas approach and microscopic HF-BCS calculations. A fluctuation analysis of the fine structure of the isoscalar E2 resonance in 166Er allows the extraction of the coherent widths of the 2+ states. In the excitation energy region Ex = 10-16 MeV widths between 30 and 80 eV are found. The fine structure of the giant resonances is furthermore specified by characteristic scales. In this thesis scales in 28Si and 48Ca are extracted with the help of the above mentioned wavelet transform. In 28Si the isovector E1 and isoscalar E2 resonances were analyzed. Four scales at 110 keV, 410 keV, 640 keV and 2.2 MeV were found. The smallest one shows a systematic dependence on the excitation energy and rises from 110 keV at 16 MeV to 220 keV at 23 MeV. Microscopic calculations within the SRPA model with the realistic UCOM interaction and using ground state occupation numbers from a shell model calculation show also four scales at 80 keV, 200 keV, 500 keV and 1.5 MeV. For the isoscalar E2 resonance in 28Si six scales were found at 100 keV, 180 keV, 330 keV, 470 keV, 750 keV and 2.5 MeV. In 48Ca the isovector E1 and the M2 resonances were investigated. The extracted scales for the isovector E1 resonance are at 190 keV, 290 keV, 650 keV and 3.3 MeV. The model described above leads in 48Ca to four scales at 90 keV, 240 keV, 400 keV and 700 keV. For the M2 resonance scales at 100 keV, 180 keV, 530 keV and 1.5 MeV were extracted. SRPA calculations with the M3Y interaction provide a good agreement of scales with the experimental ones.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik > Kernphysik
Date Deposited: 13 Oct 2009 08:19
Last Modified: 07 Dec 2012 11:55
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-19130
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Richter, Prof. Dr. Achim and Wambach, Prof. Dr. Jochen
Refereed: 22 July 2009
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1913
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