Authors:	Nikonov, Kirill
Title:	Partial wave analysis of eta meson photoproduction using fixed-t dispersion relations
Online publication date:	30-Oct-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	The photoproduction of eta mesons is a powerful source of information about the excitation spectrum of protons and neutrons. There are several methods to extract partial wave or multipole amplitudes from experimentally measured polarized and unpolarized differential cross sections. In so called isobar models the scattering amplitude is parameterized with two parts: resonances and non-resonant background. Such a model, EtaMAID, has been developed in Mainz 15 years ago when first precision data for unpolarized cross sections and beam asymmetries were measured. In the meantime, a signifcant amount of new data, in particular with polarized beams and targets, are available. Within this thesis, the EtaMaid model was updated and used to fit all available new data. However, a drawback of all isobar models is the fact that they violate analyticity and crossing symmetry which are important properties of scattering amplitudes. Therefore, in this thesis fixed-t dispersion relations were applied as a constraint to the EtaMAID model in order to obtain solutions which do fulfil analyticity and crossing symmetry. By fitting all modern experimental data resonance parameters are obtained in an improved and less model dependent way. Parameters like masses, widths, branching rations, and photocouplings for 14 nucleon resonances were determined and are compared to results of the pure isobar model and to existing averages from the PDG. The thesis is organized as following: After a short introduction, baryon spectroscopy is discussed in Chapter 2 with special focus to quark models and lattice QCD. In Chapter 3 the general formalism of eta photoproduction on protons is introduced. In particular, the relations between observables, invariant amplitudes, CGLN amplitudes and multipoles is described. Finally, the connection to the contributing resonances is provided. In Chapter 4 the partial wave content of recently measured polarization observables is studied in terms of a Legendre polynomial expansion. In Chapter 5 different models, in particular the EtaMAID isobar model, are discussed. Fixed-t dispersion relations and their application in eta photoproduction are explained in Chapter 6. The results of various fits with different background models are discussed in Chapter 7. The thesis ends with a summary and conclusions. Die Photoproduktion von eta Mesonen ist eine wichtige Informationsquelle über das Anregungsspektrum von Protonen und Neutronen. Verschiedene Methoden wurden entwickelt, um Partialwellen oder Multipolamplituden aus gemessenen polarisierten und unpolarisierten differentiellen Wirkungsquerschnitten zu bestimmen. In sog. Isobaren-Modellen wird die Streuamplitude aufgebaut aus der Summe von Resonanzen und nicht-resonantem Untergrund. Ein solches Modell, EtaMAID, wurde vor etwa 15 Jahren in Mainz entwickelt, als erste präzise Daten für Wirkungsquerschnitte und Strahlasymmetrien gemessen wurden. Inzwischen gibt es eine große Menge an neuen Daten, die mit polarisierten Strahlen und Targets gemessen wurden. In dieser Arbeit wurde das EtaMAID Modell aktuallisiert und verwendet, um alle neuen Daten zu beschreiben. Alle Isobaren Modelle haben jedoch das Problem, dass sie mit Analytizität und Crossing-Symmetrie wichtige Eigenschaften von Streuamplituden verletzen. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit fixed-t Dispersionsrelationen als Randbedingung für das EtaMAID Modell verwendet, um Lösungen zu erhalten, die analytisch sind und die Crossing-Symmetrie erfüllen. Durch die Anpassung des Modells an alle moderen Daten wurden Resonanzparameter auf bessere und modelunabhängigere Weise bestimmt. Paramter wie, Massen, Breiten, Verzweigungsverhältnisse und Photo-Kopplungen für 14 Resonanzen wurden bestimmt und mit Ergebnissen des reinen Isobaren Modells sowie mit Mittelwerten der PDG verglichen. Die Arbeit ist folgendermaßen gegliedert: Nach einer kurzen Einführung wird die Baryonspektroskopie in Kapitel 2 diskutiert. Ein spezieller Fokus liegt dabei auf Quarkmodellen und Gitter-QCD. In Kapitel 3 wird der allgemeine Formalismus der eta Photoproduktion erläutert. Insbesondere werden die Zusammenhänge zwischen Observablen, invarianten Amplituden, CGLN Amplituden und Multipolen hergestellt. Abschließend wird die Verbindung zu den Resonanzbeiträgen erläutert. In Kapitel 4 werden kürzlich gemessene Polarisationsobservable hinsichtlich den beitragenden Partialwellen in einer Entwicklung nach Legendre-Polynomen untersucht. In Kapitel 5 werden dann verschiedene Modelle, insbesondere EtaMAID, vorgestellt. Fixed-t Dispersionsanalysen und deren Anwendung in der eta Photoproduktion werden in Kapitel 6 erläutert. Die Ergebnisse verschiedener Anpassungen mit unterschiedlichen Ansätzen für den nicht-resonanten Untergrund werden in Kapitel 7 vorgestellt und diskutiert. Die Arbeit endet mit Schlussfolgerungen und einer Zusammenfassung.
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-1180
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000023586
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	v, 148 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen