Authors:	Weber, Tobias
Title:	High-voltage monolithic active pixel sensors for the PANDA luminosity detector and search for the decay e+ e- -> eta c eta pi+ pi- at center of mass energies between 4.23-4.36 GeV at BESIII
Online publication date:	27-Oct-2016
Year of first publication:	2016
Language:	english
Abstract:	Although quantum chromodynamics is regarded as the quantum field theoretical description of the strong interaction, many open questions remain. Especially the existence of so-called exotic states is an open issue. In recent years it has drawn attention to it by the discovery of many new, unexpected states in the charmonium mass region. The properties of these resonances are not consistent with previously known bound states of quantum chromodynamics, i.e. mesons and baryons. The most famous of these states are the X(3872) and the $Z_c(3900)^{pm}$. To reveal the internal structure of these new states, precise measurements of their line shapes are needed. Furthermore, new states have to be searched for to understand the underlying pattern amongst the new states. The BESIII experiment in Beijing and the planned PANDA experiment in Darmstadt will play an important part in this task. PANDA will use energy scan measurements to determine the line shape of resonances with high precision. The luminosity is needed for the relative normalization of the individual scan points, and enters as a systematic uncertainty into such a measurement. Therefore, PANDA will use a dedicated luminosity detector to measure the luminosity with high accuracy. It will employ four layers of novel silicon pixel sensors (HV-MAPS) to measure the tracks of elastically scattered antiprotons to determine the luminosity. In this work a data acquisition system and a tracking station have been developed. With this setup, the sixth prototype version of the HV-MAPS sensor has been completely characterized, e.g. in terms of the signal-to-noise ratio and the hit detection efficiency. The second part of this work deals with the search for new resonances at BESIII. The $Z_c(3900)$ was discovered by the BESIII collaboration in the decay $text{Y}(4260)rightarrow J/psi pi^+pi^-$ and has been found in all three charged states by now. Its discovery suggests the existence of the up to now unobserved isospin triplet $eta_cpi^{pm, 0}$ and of the $eta_ceta$ isospin singlet. Using the high statistic datasets at center of mass energies between 4.23 GeV and 4.36 GeV available at BESIII, a resonant substructure in the $eta_ceta$ subsystem of the decay $e^+e^-rightarrow eta_cetapi^+pi^-$ is searched for. As no significant $eta_c$ signal is found, upper limits on the cross section of the reaction $e^+e^-rightarrow eta_cetapi^+pi^-$ at the center of mass energies of 4.23, 4.26 and 4.36 GeV are established to be 3.47, 5.98 and 19.02 pb respectively. Obwohl die Quantenchromodynamik als feldtheoretische Beschreibung der starken Wechselwirkung weithin akzeptiert ist, verbleiben viele ungelöste Fragen. Insbesondere die mögliche Existenz von so genannten exotischen Zuständen hat in den letzten Jahren durch die Entdeckung neuer, unvorhergesagter Resonanzen in der Charmoniummassenregion viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Eigenschaften dieser Zustände können nicht mit denen bereits bekannter Zustände der starken Wechselwirkung in Einklang gebracht werden. Die bekanntesten dieser Zustände sind das X(3872) und das $Z_c(3900)^{pm}$. Zur Aufklärung der inneren Struktur ist zum einen die exakte Vermessung der Linienform bereits bekannter Zustände nötig. Ferner muss nach neuen Zuständen gesucht und deren Zerfälle untersucht werden, um das zugrunde liegende Muster hinter diesen Zuständen aufzudecken. Sowohl das BESIII Experiment in Peking als auch das zukünftige PANDA-Experiment in Darmstadt werden hier wichtige Beiträge liefern. PANDA wird anhand von Energiescan-Messungen die Linienform von Resonanzen vermessen. Hierbei wird die Luminosität zur relativen Normierung der Scanpunkte untereinander benötigt und geht als systematische Unsicherheit in eine solche Messung ein. Daher wird PANDA einen dedizierten Luminositäsdetektor verwenden, um die Luminosität mit hoher Genauigkeit zu messen. Dieser besteht aus vier Lagen von neuartigen Siliziumpixelsensoren (HV-MAPS), um die Spuren von elastisch gestreuten Antiprotonen zu rekonstruieren und mit diesen die Luminosität zu bestimmen. Für diese Arbeit wurden ein Datenerfassungssystem zum Test von Prototypen dieser Sensoren und eine Tracking Station aufgebaut. Mit diesem Aufbau wurde die sechste Iteration von Prototypen der HV-MAPS vollständig charakterisiert und Eigenschaften wie das Signal-zu-Rauschverhältnis oder die Rekonstruktionseffizienz von Treffern bestimmt. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach neuen Zuständen bei newline BESIII. Das $Z_c(3900)$ wurde von der BESIII Kollaboration im Zerfall $text{Y}(4260)rightarrow J/psi pi^+pi^-$ entdeckt und inzwischen in allen drei Ladungszuständen nachgewiesen. Seine Existenz legt nahe, dass auch das bislang unbeobachtete Isospin-Triplet $eta_cpi^{pm, 0}$ und das Isospin-Singlet $eta_ceta$ existieren. Mit den umfangreichen Datensätzen, die BESIII in $e^+e^-$ Kollisionen bei Schwerpunktsenergien zwischen 4.23 GeV und 4.36 GeV aufgezeichnet hat, wurde im $eta_ceta$ Subsystem der Reaktion $e^+e^-rightarrow eta_cetapi^+pi^-$ nach resonanten Strukturen gesucht. Da kein signifikantes $eta_c$ Signal gefunden wurde, wird eine obere Grenze für den Wirkungsquerschnitt der Reaktion $e^+e^-rightarrow eta_cetapi^+pi^-$ bei den drei Schwerpunktsenergien 4.23, 4.26 und 4.36 GeV zu 3.47, 5.98 und 19.02 pb extrahiert.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1039
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000007478
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	vi, 171 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen