Authors:	Imai, Yoshio
Title:	Messung und Optimierung der Lichtpolarisation des A4-Compton-Rückstreupolarimeters
Online publication date:	19-Jun-2019
Year of first publication:	2019
Language:	german
Abstract:	Das A4-Experiment am Teilchenbeschleuniger MAMI der Johannes Gutenberg-Universität Mainz macht sich die Paritätsverletzung in der elastischen Streuung polarisierter Elektronen an unpolarisierten Nukleonen zunutze, um den Beitrag von strange-Quarks zu den elektromagnetischen Vektorformfaktoren des Nukleons zu bestimmen und so zusammen mit den Ergebnissen ähnlicher Experimente an anderen Beschleunigern den Einfluß des "Quark-Sees" auf die statischen Eigenschaften des Nukleons zu beleuchten. Die Meßdaten, die bei Strahlenergien zwischen 315 MeV und 1.5 GeV genommen wurden, können allerdings nur analysiert werden, wenn eine Absolutbestimmung der Strahlpolarisation vorliegt. Zu diesem Zweck wurde ein laserbasiertes Compton-Rückstreupolarimeter entworfen und aufgebaut, mit dem dieser Polarisationsgrad zerstörungsfrei, d.h. parallel zum Experimentierbetrieb und bei denselben Strahlbedingungen wie das Hauptexperiment gemessen werden kann. Ein wichtiger Parameter ist hierbei die Polarisation des Laserstrahls, deren Kenntnis wiederum unabdingbar für die Analyse der Polarimeter-Meßdaten ist. Die hier vorgelegte Arbeit berichtet nun einerseits über die Weiterentwicklung des optischen Systems und seiner Steuerungs-Infrastruktur, andererseits über den Entwurf, die Konstruktion und die Inbetriebnahme eines neuen Meßgeräts zur Bestimmung der Laserpolarisation mitsamt des hierfür erforderlichen Datennahmesystems und der Methode zur Analyse der Meßdaten. Dieses Gerät erreicht eine statistische Meßgenauigkeit von 0.05% bei einer systematischen Unsicherheit von weniger als 0.2%, wobei Veränderungen des Polarisationgrads zwischen dem Ort der Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl und dem Ort der Messung berücksichtigt werden. Die so gewonnenen Daten wurden mit Resultaten einer parallel angefertigten Dissertation kombiniert, um erstmals die mit dem hier beschriebenen Polarimeter während einer Strahlzeit des A4-Experiments gemessene Strahlpolarisation zu extrahieren. Diese konnte trotz Beschränkung auf eine Teilmenge der Daten mit einer statistischen Unsicherheit von 2.5% und einer systematischen Unsicherheit von 0.4% bestimmt werden, was eine deutliche Verbesserung gegenüber dem bisher mit anderen Methoden erzielten Wert von 4% darstellt. The A4 experiment at the Mainz Microtron accelerator facility of the Johannes Gutenberg University in Mainz, Germany, exploits the parity violation in the elastic scattering of polarized electrons off unpolarized nucleons to determine the strange quark contribution to the electromagnetic vector form factors of the nucleon. The objective is to combine these results with those of similar experiments elsewhere in order to shed light on the influence of the "quark sea" on the static properties of the nucleon. In order to analyze the data which were taken at beam energies between 315 MeV and 1.5 GeV, an absolute determination of the beam polarization is necessary. For this purpose, a laser-based Compton backscattering polarimeter, which allows measurement of this polarization parallel to and at the same beam conditions as the main experiment, has been developed and installed in the beamline. One key parameter of this system is the light polarization which must be known in order to interpret the polarimeter data. This work reports on further developments of the optical system and its control infrastructure as well as the design, construction and operation of a novel device for determining the laser polarization including the data acquisition system and analysis methods. Using this device, the polarization state can be measured with 0.05% statistical uncertainty and less than 0.2% systematic uncertainty, wherein changes to the polarization between the electron-photon interaction region and the position of the measuring device are accounted for. These measurements are combined with results from another dissertation in order to extract for the first time the beam polarization measured for the A4 experiment using the Compton polarimeter described here. Despite a limitation to only a subset of the available data, this polarization was determined with 2.5% statistical uncertainty and 0.4% systematic uncertainty, thereby improving on the previous value of 4% achieved using different methods of polarimetry.
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-1992
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000028336
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xvi, 365 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen