Authors:	Weber, Adrian Bartholomäus
Title:	First determination of the proton electric form factor at very small momentum transfer using initial state radiation
Online publication date:	3-May-2017
Year of first publication:	2017
Language:	english
Abstract:	The proton radius puzzle came into existence because of different results of the electric radius of the proton depending whether muonic hydrogen or normal hydrogen was used. To understand this when concerning scattering experiments, new data with low momentum transfer (Q^2) are needed to determine the electric form factor. Therefore a new method based on initial state radiation was used. At the Mainz Microtron a pilot experiment was performed, using two spectrometers. To be able to compare the results of this new method with already existing results, the experiment was performed at three beam energies and the two highest could be compared with existing data. During the analysis the data were compared with a simulation. When the current parametrization of the form factor was implemented in the simulation, it matched the new data within about 1%. Therefore the usage of this new method was justified. Moreover the form factor was determined as low as Q^2=1.3·10^(−3) (GeV/c)^2 . With these results the following value of the charge radius of the proton was determined: r_E = (0.810 ± 0.035_stat. ± 0.074_syst. ± 0.003_mod.) fm In a succeeding experiment this new method will be used to determine the form factor with smaller uncertainties as low as Q^2≈1·10^(−4) (GeV/c)^2. Um das sogenannte Protonradiuspuzzle, welches durch die unterschiedlichen Ergebnisse des Ladungsradius des Protons bei Verwendung von myonischem Wasserstoff bzw. normalem Wasserstoff zustande kommt, verstehen zu können, sind im Bereich der Streuexperimente Bestimmungen des elektrischen Formfaktors mit kleinen Impulsüberträgen (Q^2) notwendig. Eine neue Methode, um dies zu erreichen, beruht auf der Abstrahlung eines Photons im Anfangszustand. Am Mainzer Mikrotron wurde dazu ein Pilotexperiment unter Verwendung von zwei hochauflösenden Spektrometern durchgeführt. Um die Ergebnisse des Experiments mit früheren Resultaten vergleichen zu können, wurde die Messung bei drei verschiedenen Strahlenergien durchgeführt, wobei im Bereich der zwei höchsten Strahlenergien Ergebnisse aus früheren Experimenten vorgelegen haben. Während der Analyse wurden die Daten mit einer Simulation verglichen. Beim Verwenden des aktuellen Formfaktors in der Simulation wurde gezeigt, dass sie mit den neuen Daten innerhalb von 1% übereinstimmte. Dies rechtfertigte die Benutzung dieser Methode. Zudem wurde der elektrische Formfaktor erstmals bis Q^2=1,3·10^(−3) (GeV/c)^2 bestimmt. Mit diesen Ergebnissen konnte der Ladungsradius des Protons zu: r_E = (0,810 ± 0,035_stat. ± 0,074_syst. ± 0,003_mod.) fm bestimmt werden. In einem Nachfolgeexperiment wird die Methode auf Grundlage der Abstrahlung eines Photons im Anfangszustand dazu benutzt werden, um den Formfaktor mit kleineren Unsicherheiten bis zu Q^2≈1·10^(−4) (GeV/c)^2 zu bestimmen.
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-3886
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000012800
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	vii, 107 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen