Authors:	Weisrock, Tobias
Title:	Single meson production in proton diffraction at 190 GeV/c at COMPASS
Online publication date:	4-Sep-2015
Year of first publication:	2015
Language:	english
Abstract:	The quark model successfully describes all ground state bary\-ons as members of $SU(N)$ flavour multiplets. For excited baryon states the situation is totally different. There are much less states found in the experiment than predicted in most theoretical calculations. This fact has been known for a long time as the 'missing resonance problem'. In addition, many states found in experiments are only poorly measured up to now. Therefore, further experimental efforts are needed to clarify the situation.rnrnAt \mbox{COMPASS}, reactions of a $190\usk\giga\eV\per\clight$ hadron beam impinging on a liquid hydrogen target are investigated.rnThe hadron beam contains different species of particles ($\pi$, $K$, $p$). To distinguish these particles, two Cherenkov detectors are used. In this thesis, a new method for the identification of particles from the detector information is developed. This method is based on statistical approaches and allows a better kaon identification efficiency with a similar purity compared to the method, which was used before.rnrnThe reaction $pp\rightarrow ppX$ with $X=(\pi^0,~\eta,~\omega,~\phi)$ is used to study different production mechanisms. A previous analysis of $\omega$ and $\phi$ mesons is extended to pseudoscalar mesons. As the resonance contributions in $p\eta$ are smaller than in $p\pi^0$ a different behaviour of these two final states is expected as a function of kinematic variables. The investigation of these differences allows to study different production mechanisms and to estimate the size of the resonant contribution in the different channels.rnrnIn addition, the channel $pp\rightarrow ppX$ allows to study baryon resonances in the $pX$ system.rnIn the \mbox{COMPASS} energy regime, the reaction is dominated by Pomeron exchange. As a Pomeron carries vacuum quantum numbers, no isospin is transferred between the target proton and the beam proton. Therefore, the $pX$ final state has isospin $\textstyle\frac{1}{2}$ and all baryon resonances in this channel are $N^\ast$ baryons. This offers the opportunity to do spectroscopy without taking $\Delta$ resonances into account. rnrnTo disentangle the contributions of different resonances a partial wave analysis (PWA) is used. Different resonances have different spin and parity $J^\parity$, which results in different angular distributions of the decay particles. These angular distributions can be calculated from models and then be fitted to the data. From the fit the contributions of the single resonances as well as resonance parameters -- namely the mass and the width -- can be extracted. In this thesis, two different approaches for a partial wave analysis of the reaction $pp\rightarrow pp\pi^0$ are developed and tested. Das Quarkmodell beschreibt erfolgreich alle baryonischen Grundzustände in Multipletts einer Flavour-$SU(N)$. Für die angeregten Zustände ist die Situation eine andere. Die Zahl der experimentell gefundenen Baryonen ist viel kleiner als die Zahl der theoretisch vorhergesagten Zustände. Dies kennt man schon lange als das missing resonance problem''. Außerdem sind viele der experimentell gefundenen Baryonen bisher nur unzureichend gemessen worden. Weitere Experimente werden also benötigt, um die Situation zu klären. rnrnIm COMPASS-Experiment werden Reaktionen von $190\usk\giga\eV\per\clight$ Hadronen mit einem Flüssigwasserstofftarget untersucht. Der Hadronstrahl beinhaltet verschiedene Teilchensorten ($\pi$, $K$, $p$). Zur Trennung der verschiedenen Teilchensorten werden zwei Cherenkovdetektoren verwendet. In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Identifikation von Teilchen mithilfe der Detektorinformation entwickelt. Diese Methode nutzt statistische Ansätze und erreicht eine höhere Identifikationseffizienz für Kaonen im Vergleich zur bisher verwendeten Methode. Die Reinheit der Kaonselektion ist dabei vergleichbar.rnrnDie Reaktion $pp\rightarrow ppX$ mit $X=(\pi^0,~\eta,~\omega,~\phi)$ wird verwendet, um unterschiedliche Reaktionsmechanismen zu untersuchen. Dabei wird die existierende COMPASS-Analyse auf pseudoskalare Mesonen erweitert. Da die resonanten Beiträge in $p\eta$ kleiner sind als in $p\pi^0$, wird erwartet, dass sich beide Endzustände in ihren kinematischen Abhängigkeiten unterscheiden. Die Untersuchung dieser Unterschiede gibt Hinweise auf verschiedene Produktionsmechanismen und die Größe der resonanten Beiträge.rnrnDes weiteren erlaubt der Kanal $pp\rightarrow ppX$ die Untersuchung von Baryonresonanzen im $pX$ System. Im betrachteten Energiebereich dominiert der Pomeronaustausch. Da das Pomeron Vakuumquantenzahlen besitzt, wird kein Isospin zwischen dem Targetproton und dem Strahlproton ausgetauscht. Daher hat der Endzustand $pX$ immer Isospin $\textstyle\frac{1}{2}$ und alle Resonanzen in diesem Kanal sind $N^\ast$ Baryonen. Dies ermöglicht Spektroskopie ohne Berücksichtigung von $\Delta$ Resonanzen. rnrnUm die Beiträge der einzelnen Resonanzen von einander zu trennen, wird eine Partialwellenanalyse (PWA) verwendet. Resonanzen mit unterschiedlicher Spin-Parität $J^\parity$ führen zu unterschiedlichen Winkelverteilungen der Zerfallsteilchen. Diese Winkelverteilungen können mit Modellen berechnet und dann an die Daten angepasst werden. Aus dieser Anpassung können die Resonanzparameter, d.h. die Massen und die Zerfallsbreiten, der Resonanzen extrahiert werden. In der vorliegenden Arbeit werden zwei Ansätze für eine Partialwellenanalyse der Reaktion $pp\rightarrow pp\pi^0$ entwickelt und getestet.
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-1248
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-41549
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen