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Exclusive eta Meson Reconstruction in Proton-Proton Collisions at 2.2 GeV with the HADES Spectrometer and High Resolution Tracking

Rustamov, Anar :
Exclusive eta Meson Reconstruction in Proton-Proton Collisions at 2.2 GeV with the HADES Spectrometer and High Resolution Tracking.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2006)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Exclusive eta Meson Reconstruction in Proton-Proton Collisions at 2.2 GeV with the HADES Spectrometer and High Resolution Tracking
Language: English
Abstract:

HADES (High Acceptance DiElectron Spectrometer) is a unique apparatus currently assembled at heavy-ion synchrotron SIS at GSI, Darmstadt. The main part of the HADES physics program is focused on in-medium properties of the light vector mesons ρ(770), ω(783) and φ(1020), but also concerns several important problems of hadron physics like: validity of the Vector meson Dominance Model (VDM) in the description of meson and baryon Dalitz decays and of the electromagnetic form-factor of the nucleon in time-like region. In the framework of the present thesis a detailed study of the exclusive η meson reconstruction in proton-proton collisions at 2.2 GeV kinetic energy of the incident proton beam is presented. The exclusive measurement of the η mesons has been performed for two electromagnetic decay channels (η→ π+π-π0 and η→ e+e-γ), the relative branching ratios of which are known. In order to obtain better tracking resolution, an algorithm of kinematic fit has been developed and tested. The main goal of the kinematic fit is to improve the reconstruction resolution by using physical constraints governing the process. Studied results have been used to evaluate the dielectron detection efficiency of the HADES experiment. The kinematic fit algorithm has been used for above mentioned analysis as well. Apart from these studies, using the kinematics of the elastic scattering channel, the spectrometer performance has been studied in terms of reconstruction resolution and detector alignments. From a technical point of view, a new method for momentum reconstruction, using a cubic spline track model in the magnetic field region of the HADES spectrometer, has been developed. An algorithm for matching of different hits belonging to one track reconstructed by the spectrometer systems has also been developed. Both algorithms have been used for the data analysis described in this work. The phase-space distributions of η→ π+π-π0 and η→ e+e-γ decay channels being different, the relative branching ratio of these decay channels will differ from that obtained for full phase space. Therefore the simulation data has been generated in order to find out the relative branching ratios of the above mentioned decay channels inside the HADES acceptance. We have done different types of simulations in order to compare with the data. In particular, the anisotropy in the angular distributions of the η mesons, observed by the DISTO experiment, have been included in the simulation and compared with our data. According to the VDM, the photon interacts with the hadron of interest not only directly, but also through vector mesons. In particular for the η meson, which is a neutral pseudoscalar meson, the Dalitz decay goes in two steps, where in a first step it emits two photons (real plus virtual), and in a second step the virtual photon decays into a e+e- pair. The validity of the VDM model in describing the Dalitz decay of the η meson has been investigated by comparing the experimentally reconstructed invariant-mass distribution of the e+e- pairs with the VDM model predictions. To investigate the production mechanism of the η meson, their angular distributions in the center-of-mass system have been studied. This thesis is divided into two parts: In the first part a brief introduction to the physics program of the HADES experiment is given. A description of the detector systems of the spectrometer and the detailed explanation of track reconstruction algorithm of the HADES experiment is given in this part as well. The second part mainly concerns the analysis of the proton-proton data and the discussion of the results.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
HADES (High Acceptance DiElectron Spectrometer) ist ein Di-Elektronen-Spektrometer, das am Schwer Ionen Synchrotron (SIS) an der GSI in Darmstadt aufgebaut wurde. Das Physik Programm von HADES befasst sich hauptsächlich mit den in-Medium Eigenschaften der leichten Vektormesonen ρ(770), ω(783) und φ(1020), sowie verschiedenen anderen wichtigen Fragestellungen der Physik der Hadronen, wie etwa der Gültigkeit des Vektordominanzmodells (VDM) zur Beschreibung von Meson und Baryon-Dalitzzerfällen und dem elektromagnetischen Formfaktor des Nukleons in der zeitartigen Region. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine detaillierte Analyse der exklusiven Rekonstuktion des η-Mesons in Proton-Proton- Kollisionen bei einer kinetischen Energie des einfallenden Protons von 2,2 GeV. Die exklusive Messung des η-Mesons wurde in den zwei elektromagnetischen Zerfallskanälen des η-Mesons (η→ π+π-π0 und η→ e+e-γ), deren relatives Verzweigungsverhältnis bekannt ist, durchgeführt. Um die Impulsauflösung der Spurrekonstruktion und damit die Auflösung des Experimentes in der invarianten Masse zu verbessern, wurde ein Algorithmus zur simultanen Anpassung der rekonstruierten Teilchenspuren unter Ausnutzung der kinematischen Randbedingungen entwickelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung wurden zur Bestimmung der Rekonstruktionseffizienz des HADES-Experimentes für Di-Elektronen verwendet. Anhand der kinematischen Daten der elastischen Proton-Proton Streuung wurde die Auflösung der Spurrekonstruktion und die Ausrichtung der Detektoren im Raum untersucht. Desweiteren wurde eine Methode zur Impulsrekonstruktion der Teilchenspuren entwickelt, die auf der Verwendung eines kubischen Splines als Spurmodell im Bereich des magnetischen Feldes basiert. Die in den Driftkammern des Spektrometers rekonstruierten Teilchenspuren wurden durch eine weitere, im Rahmen dieser Arbeit entwickelte, Methode mit den Spurpunkten der Spuren in den Flugzeitwänden korreliert. Beide Methoden wurden für die Analyse in der vorliegenden Arbeit verwendet. Aufgrund der unterschiedlichen Phasenraumverteilung der oben genannten Zerfallskanäle ist die Akzeptanz des HADES-Spektrometers fuer die Zerfallsprodukte aus beiden Kanälen ebenfalls verschieden. Daher wurde durch eine Simulation das relative Verzweigungsverhältnis innerhalb der Akzeptanz des HADES-Spektrometers bestimmt. Es wurden verschiedene anisotrope Winkelverteilung des η-Mesons, wie sie vom DISTO-Experiment beobachtet wurden, simuliert und mit den gemessenen Daten verglichen. Im Vektordominanzmodell wechselwirkt das Photon mit einem Hadron nicht nur direkt, sondern auch durch Vektormesonen. Insbesondere für das neutrale pseudoskalare η-Meson erfolgt der Dalitz-Zerfall in zwei Schritten: Zuerst werden zwei Photonen (reell und virtuell) emittiert, danach zerfällt das virtuelle Photon in ein e+e- Paar. Die Gültigkeit der Beschreibung des Dalitz-Zerfalls des η- Mesons durch das VDM wurde durch einen Vergleich mit der experimentell rekonstruierten invarianten Massenverteilung der e+e- Paare geprüft. Der Produktionsmechnismus des η-Mesons wurde anhand der Winkelverteilung der Mesonen im Schwerpunktsystem untersucht. Die vorliegende Arbeit unterteilt sich in zwei Teile: Der erste Teil gibt eine kurze Beschreibung des Physik Programs des HADES-Experimentes, eine Beschreibung des Spektrometers und eine detaillierte Darstellung der Spurrekonstruktionsalgorithmen. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Analyse der Proton-Proton-Daten und den obengenannten Untersuchungen, sowie der Diskussion der Resultate.German
Uncontrolled Keywords: Form factor , time like photon, vector mesons, eta meson production, kinematic fit
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Form factor , time like photon, vector mesons, eta meson production, kinematic fitEnglish
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:52
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000724
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7245
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Braun-Munzinger, Prof. Dr. Peter and Wambach, Prof. Dr. Jochen
Advisors: Braun-Munzinger, Prof. Dr. Peter
Refereed: 26 July 2006
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/724
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