Authors:	Bernhard, Johannes
Title:	Exclusive vector meson production in pp collisions at the COMPASS experiment
Online publication date:	6-Aug-2014
Year of first publication:	2014
Language:	english
Abstract:	Produktionsmechanismen für Teilchenproduktion im mittleren Energiebereich wurden in Proton-Proton Kollisionen innerhalb der COMPASS-Kollaboration mit Hilfe des COMPASS-Spektrometers am SPS Beschleuniger am CERN untersucht. Die verschiedenen Produktionsmechanismen werden mittels Produktion der Vektormesonen omega und phi studiert und können die diffraktive Anregung des Strahlteilchens mit anschliessendem Zerfall der Resonanz, zentrale Produktion und den damit verwandten â Shake-offâ Mechanismus enthalten. Die für diese Arbeit verwendeten Daten wurden in den Jahren 2008 und 2009 mit 190 GeV/c-Protonen aufgenommen, die auf ein Flüssigwasserstofftarget trafen. Das Target war von einem Rückstoßprotonendetektor umgeben, der ein integraler Bestandteil des neuentwickelten Hadrontriggersystems ist. Für dieses System wurden außerdem einige neue Detektoren gebaut. Die Leistungsfähigkeit des Rückstoßprotonendetektors und des Triggersystems wird untersucht und Effizienzen extrahiert. Außerdem wird sowohl eine Methode zur Rekonstruktion von Rückstoßprotonen als auch eine Methode zur Kalibration des Rückstoßprotonendetektors entwickelt und beschrieben. Die Produktion von omega-Mesonen wurde in der Reaktion pp -> p omega p, omega -> pi+pi-pi0 und die Produktion von phi-Mesonen in der Reaktion pp -> p phi p, phi -> K+K- bei einem Impulsübertrag zwischen 0.1 (GeV/c)^2 und 1 (GeV/c)^2 gemessen. Das Produktionsverhältnis s(pp -> p phi p)/s(pp -> p omega p) wird als Funktion des longitudinalen Impulsanteils xF bestimmt und mit der Vorhersage durch die Zweigregel verglichen. Es ergibt sich eine signifikante Verletzung der Zweigregel, die abhängig von xF ist. Die Verletzung wird in Verbindung zu resonanten Strukturen im pomega-Massenspektrum diskutiert. Die xF-Abhängigkeit verschwindet, wenn man die Region niedriger pomega- und pphi-Masse entfernt, die solche resonanten Strukturen aufweist. Zusätzlich wird die Spinausrichtung bzw. das Spindichtematrixelement rho00 für omega- und phi-Mesonen untersucht. Die Spinausrichtung wird im Helizitätssystemrnanalysiert, welches für eine Abgrenzung von resonanten, diffraktiven Anregungen geeignet ist. Außerdem wird die Spinausrichtung in einem Referenzsystem mit Bezug auf die Richtung des Impulsübertrags untersucht, mit dessen Hilfe zentrale Prozesse wie zentrale Produktion oder â shake-offâ abgegrenzt werden. Auch hier wird eine Abhängigkeit von xF und der invarianten Masse des pomega-Systems beobachtet. Diese Abhängigkeit kann wieder auf die resonanten Strukturen in der Produktion von omega-Mesonen zurückgeführt werden. Die Ergebnisse werden abschließend im Hinblick auf die verschiedenen Produktionsmechanismen diskutiert. Mechanisms for particle production in proton-proton collisions at intermediate energies are studied within the COMPASS collaboration using the COMPASS spectrometer at the M2 beam line of the SPS at CERN. The possible production mechanisms are investigated using the production of the vector mesons omega and phi and include resonant diffractive excitation of the beam proton with a subsequent decay of the resonance, central production and the related â shake-offâ mechanism. The data which were used for this thesis were collected in the years 2008 and 2009 with a 190 GeV/c proton beam impinging on a liquid hydrogen target that was surrounded by a recoil proton detector (RPD). The RPD is an integral part of the newly developed hadron trigger system for which in addition several new detectors have been build. The performances of both RPD and hadron trigger system are scrutinised and efficiency parameters are extracted. A method for reconstruction of recoil protons and for calibration is developed and described. The production of omega mesons is studied with the reaction pp -> p omega p, omega -> pi+pi-pi0 and the production of phi mesons with the reaction pp -> p phi p, phi -> K+K- for momentum transfers squared between 0.1 (GeV/c)^2 and 1 (GeV/c)^2. The production ratio s(pp -> p phi p)/s(pp -> p omega p) is determined as a function of the longitudinal momentum fraction xF and compared to the OZI rule prediction. A significant violation of the OZI rule dependent on xF is found and discussed with respect to resonant structures in the pomega mass spectrum. Removing the low pomega/pphi mass region which includes these structures eliminates the xF dependence. In addition, the spin density matrix element rho00, i.e. the spin alignment, for both omega and phi mesons is studied. One study is performed in the helicity frame that allows to discriminate resonant diffractive excitation. In a second study, a reference frame with respect to the direction of the momentum transfer is chosen which allows to single out central mechanisms like central production or shake-off. Dependences of the spin alignment on the invariant mass of the proton-vector meson system and xF are found. These dependences can be related to resonant contributions to the omega meson production. The discussion of all results with respect to the expected production mechanisms concludes the thesis.
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-2855
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-38106
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	148 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen