Authors:	Kloss, Benedikt
Title:	Measurement of the e + e - pi + pi - cross section using initial state radiation at BESIII
Online publication date:	18-Dec-2015
Year of first publication:	2015
Language:	english
Abstract:	The future goal of modern physics is the discovery of physics beyond the Standard Model. One of the most significant hints for New Physics can be seen in the anomalous magnetic moment of the muon - one of the most precise measured variables in modern physics and the main motivation of this work. This variable is associated with the coupling of the muon, an elementary particle, to an external electromagnetic field and is defined as a = (g - 2)/2, whereas g is the gyromagnetic factor of the muon. The muon anomaly has been measured with a relative accuracy of 0.5·10-6. However, a difference between the direct measurement and the Standard Model prediction of 3.6 standard deviations can be observed. This could be a hint for the existence of New Physics. Unfortunately, it is, yet, not significant enough to claim an observation and, thus, more precise measurements and calculations have to be performed.rnThe muon anomaly has three contributions, whereas the ones from quantum electrodynamics and weak interaction can be determined from perturbative calculations. This cannot be done in case of the hadronic contributions at low energies. The leading order contribution - the hadronic vacuum polarization - can be computed via a dispersion integral, which needs as input hadronic cross section measurements from electron-positron annihilations. Hence, it is essential for a precise prediction of the muon anomaly to measure these hadronic cross sections, σ(e+e-→hadrons), with high accuracy. With a contribution of more than 70%, the final state containing two charged pions is the most important one in this context.rnIn this thesis, a new measurement of the σ(e+e-→π+π-) cross section and the pion form factor is performed with an accuracy of 0.9% in the dominant ρ(770) resonance region between 600 and rn900 MeV at the BESIII experiment. The two-pion contribution to the leading-order (LO) hadronic vacuum polarization contribution to (g - 2) from the BESIII result, obtained in this work, is computed to be a(ππ,LO,600-900 MeV) = (368.2±2.5stat±3.3sys)·10-10. With the result presented in this thesis, we make an important contribution on the way to solve the (g - 2) puzzle. Das zukünftige Ziel der modernen Physik ist die Entdeckung von Physik jenseits des Standardmodells. Einer der deutlichsten Hinweise für Neue Physik findet sich im anomalen magnetischen Moment des Myons. Dieses steht im Zusammenhang mit der Kopplung des Myons, eines Elementarteilchens, an ein externes elektromagnetisches Feld und ist definiert als a = (g - 2)/2, wobei g der gyromagnetische Faktor des Myons ist. Die Myonanomalie ist mit einer relativen Genauigkeit von 0,5·10-6 vermessen worden. Allerdings tritt zwischen direkter Messung und Standardmodell-Vorhersage eine Differenz von 3,6 Standardabweichungen auf. Dies könnte ein Hinweis für Neue Physik sein. Für eine Entdeckung ist diese Abweichung leider noch zu gering, weshalb noch präzisere Messungen und Rechnungen durchgeführt werden müssen.rnDie Myonanomalie hat drei Beiträge, wobei diejenigen der Quantenelektrodynamik und der schwachen Wechselwirkung mittels Störungstheorie berechnet werden können. Im Falle des hadronischen Beitrages kann dies bei niedrigen Energien nicht getan werden. Jedoch kann der führende Beitrag, die hadronische Vakuumpolarisation, durch ein Dispersionsintegral berechnet werden, das in Verbindung mit hadronischen Wirkungsquerschnitten in Elektron-Positron-Annihilationen steht. Für eine präzise Vorhersage der Myonanomalie ist es deshalb essentiell, diese hadronischen Wirkungsquerschnitte, σ(e+e-→Hadronen), mit hoher Präzision zu vermessen. Mit einem Beitrag von über 70 % ist der Endzustand mit zwei geladenen Pionen in diesem Zusammenhang der wichtigste. rnIn dieser Arbeit wird eine neue Messung des Wirkungsquerschnittes σ(e+e-→π+π-) und des Pion Formfaktors am BESIII Experiment durchgeführt. Dabei wird in der wichtigen ρ(770) Resonanzumgebung zwischen 600 und 900 MeV eine Präzision von 0,9 % erreicht. Mit dem Ergebnis dieser Arbeit wird der zwei-Pion Beitrag zur führenden Ordnung der hadronischen Vakuumpolarisation von (g-2) zu a(ππ,LO,600-900 MeV) = (368,2±2,5stat±3,3sys)·10-10 berechnet. Mit dieser Arbeit leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Lösung des (g – 2) Rätsels.
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-3630
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-42275
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