Authors:	Schlimme, Björn Sören
Title:	Messung des elektrischen Neutron-Formfaktors in der Reaktion 3 He(e,e'n)pp bei Q 2 = 1.58 (GeV/c) 2
Online publication date:	4-Jun-2012
Year of first publication:	2012
Language:	german
Abstract:	Die elektromagnetischen Nukleon-Formfaktoren sind fundamentale Größen, welche eng mit der elektromagnetischen Struktur der Nukleonen zusammenhängen. Der Verlauf der elektrischen und magnetischen Sachs-Formfaktoren G_ E und G_M gegen Q^2, das negative Quadrat des Viererimpulsübertrags im elektromagnetischen Streuprozess, steht über die Fouriertransformation in direkter Beziehung zu der räumlichen Ladungs- und Strom-Verteilung in den Nukleonen. Präzise Messungen der Formfaktoren über einen weiten Q^2-Bereich werden daher für ein quantitatives Verständnis der Nukleonstruktur benötigt.rnrnDa es keine freien Neutrontargets gibt, gestaltet sich die Messung der Neutron-Formfaktoren schwierig im Vergleich zu der Messung am Proton. Konsequenz daraus ist, dass die Genauigkeit der vorhandenen Daten von Neutron-Formfaktoren deutlich geringer ist als die von Formfaktoren des Protons; auch der vermessene Q^2-Bereich ist kleiner. Insbesondere der elektrische Sachs-Formfaktor des Neutrons G_E^n ist schwierig zu messen, da er aufgrund der verschwindenden Nettoladung des Neutrons im Verhältnis zu den übrigen Nukleon-Formfaktoren sehr klein ist. G_E^n charakterisiert die Ladungsverteilung des elektrisch neutralen Neutrons und ist damit besonders sensitiv auf die innere Struktur des Neutrons.rnrnIn der hier vorgestellten Arbeit wurde G_E^n aus Strahlhelizitätsasymmetrien in der quasielastischen Streuung \vec{3He}(\vec{e}, e'n)pp bei einem Impulsübertrag von Q^2 = 1.58 (GeV/c)^2 bestimmt. Die Messung fand in Mainz an der Elektronbeschleunigeranlage Mainzer Mikrotron innerhalb der A1-Kollaboration im Sommer 2008 statt. rnrnLongitudinal polarisierte Elektronen mit einer Energie von 1.508 GeV wurden an einem polarisierten ^3He-Gastarget, das als effektives, polarisiertes Neutrontarget diente, gestreut. Die gestreuten Elektronen wurden in Koinzidenz mit den herausgeschlagenen Neutronen detektiert; die Elektronen wurden in einem magnetischen Spektrometer nachgewiesen, durch den Nachweis der Neutronen in einer Matrix aus Plastikszintillatoren wurde der Beitrag der quasielastischen Streuung am Proton unterdrückt.rnrnAsymmetrien des Wirkungsquerschnitts bezüglich der Elektronhelizität sind bei Orientierung der Targetpolarisation in der Streuebene und senkrecht zum Impulsübertrag sensitiv auf G_E^n / G_M^n; mittels deren Messung kann G_E^n bestimmt werden, da der magnetische Formfaktor G_M^n mit vergleichsweise hoher Präzision bekannt ist. Zusätzliche Messungen der Asymmetrie bei einer Polarisationsorientierung parallel zum Impulsübertrag wurden genutzt, um systematische Fehler zu reduzieren.rnrnFür die Messung inklusive statistischem (stat) und systematischem (sys) Fehler ergab sich G_E^n = 0.0244 +/- 0.0057_stat +/- 0.0016_sys. Electromagnetic nucleon form factors are fundamental quantities which are closely related to the electromagnetic structure of the nucleon. The evolution of the electric and magnetic Sachs form factors G_E and G_M with Q^2, the negative square of the four momentum transfer in the electromagnetic scattering process, is directly connected with the spatial charge and current distributions in the nucleon by means of a fourier transform. Therefore precise measurements of the form factors over a wide Q^2 range are essential for a quantitative understanding of the nucleon structure.rnrnOwing to the lack of a free neutron target measurements of the neutron form factors prove to be difficult compared to the measurements on the proton. Consequently the available neutron data is less precise, and the measured Q^2 range is smaller. In particular the electric neutron Sachs form factor G_E^n is difficult to measure; due to the vanishing net charge of the neutron, G_E^n is small compared to the other nucleon form factors. G_E^n characterizes the charge distribution of the electrically neutral neutron, hence it is very sensitive to the inner structure of the neutron.rnrnIn the present work G_E^n was determined from beam helicity asymmetries in the quasielastic scattering process \ vec{^3He}(\vec {e}, e'n)pp at a momentum transfer Q^2 = 1.58 (GeV/c)^2. The measurement took place in Mainz at the electron accelerator facility Mainz Microtron within the A1 collaboration in the summer of 2008.rnrnLongitudinally polarized electrons with an energy of 1.508 GeV impinged on a polarized ^3He gas target which served as an effective polarized neutron target. The scattered electrons were detected in coincidence with the recoil neutrons; a magnetic spectrometer was used for the electron detection, the contribution of quasielastic scattering off the protons was restricted through the detection of the neutron via a plastic scintillator matrix.rnrnCross section asymmetries with respect to the electron helicity are sensitive to G_E^n / G_M^n for an orientation of the target polarization in the scattering plane and perpendicular to the momentum transfer. Their measurment can provide a determination of G_E^n since the magnetic form factor G_M^n is well known. Additional measurements of the asymmetry at a parallel target polarization orientation have been utilized to reduce systematic uncertainties.rnrnThe measurement yielded G_E^n = 0.0244 +/- 0.0057_stat +/- 0.0016_sys with the statistic (stat) and systematic (sys) error.
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-2038
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-31370
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	181 S.
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