Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-4105
Authors: Michel, Mathias
Title: Extraction of the scalar wave in J/Psi -> gamma pi0 pi0 using the ComPWA Framework
Online publication date: 1-Aug-2016
Language: english
Abstract: Die zentrale Frage der Hadronenphysik, die bislang noch nicht vollständig geklärt werden konnte, ist die Frage, woher das Proton seine Ruhemasse erhält. Nur etwa 2% seiner Ruhemasse stammen von den Valenzquarks, die restlichen 98% werden von der sehr energiereichen Bindung erzeugt, welche aus Austauschteilchen (Gluonen) und Quantenfluktuationen (Seequarks) besteht. Allerdings konnten bisher nicht alle Eigenschaften der Bindung in der starken Wechselwirkung ergründet werden. Die Frage nach der Natur der starken Wechselwirkung ist gleichbedeutend mit der Frage,ob es andere, sogenannte exotische Teilchen gibt, die eine andere innere Struktur besitzen als die konventionellen Hadronen (Mesonen und Baryonen). Ein Großteil des Physikprogramms der Experimente PANDA an FAIR und BESIII in Peking umfasst daher die Suche nach bislang unentdeckten konventionellen und exotischen Zuständen wie z.B. Hybriden, Tetraquarkzuständen und Gluon-Bällen. Für die meisten Analysen im Rahmen der Hadronspektroskopie ist eine aufwendige, soge- nannte Amplitudenanalyse wie z.B. eine Partialwellenanalyse notwendig, um mögliche Kandidaten zu identifizieren und bekannte Zustände zu klassifizieren. Als Beispiel dafür, wie die erhöhte Genauigkeit und die Verfügbarkeit größerer Datenmengen neue Anforderungen an Analysemethoden stellt, wird hier eine modellunabhängige Extraktion von Wellen vorgestellt und an J/Psi -> gamma pi0 pi0 Monte-Carlo-Daten getestet. Für diese und weitere zukünftige Methoden wird ein neues, flexibles und effizientes Amplitudenanalyse-Framework namens ComPWA entwickelt. Es ist modular aufgebaut, um eine möglichst einfache Erweiterungen durch neue Modelle und Formalismen zu ermöglichen. Darüber hinaus erlaubt es die simultane Analyse mehrerer Datensätze, sogar wenn diese von verschiedenen Experimenten stammen. Um Einschränkungen bezüglich der Anwendung sowie für die Weiterentwicklung der Software zu verhindern, wurde die Erfahrung aus den Softwarepaketen bisheriger Analyseprogramme anderer Experimente für die Entwicklung von ComPWA genutzt. Die Anforderungen umfassen die Parallelisierung, Modelle mit vielen freien Parametern, Verwaltung von komplexen Analysen, das Erreichen von besserer Vergleichbarkeit zwischen Analysen und die einfache Kontrolle systematischer Unsicherheiten. In dieser Arbeit werden der Entwurf des ComPWA-Frameworks, die Entwicklung der Wellenextraktion und die Ergebnisse der J/Psi -> gamma pi0 pi0 Analyse vorgestellt
The origin of the restmass of the proton is still a mystery and thus a central question of hadron physics: The valance quarks of the proton cover only 2% of its mass, the remaining 98% are created by the strong coupling which consists of exchange particles (gluons) and quantum fluctuations (seaquarks). However, the coupling of the strong interaction has characteristics which are not yet fully understood. The question of the nature of the strong interaction is equal to the question if other, so called exotic particles exist, which have a different inner structure than the conventional hadrons (mesons and baryons). Thus, the main topic of the physics program of the PANDA experiment at FAIR and BESIII in Bejing deals with the search for new conventional and exotic hadronic states like e.g. hybrids, tetraquark states, and glueballs. For many investigations in the field of hadron spectroscopy a complex amplitude analysis, e.g. a partial wave analysis, is necessary in order to identify possible candidates and for the classification of known states. As an example of how elaborate analyses can get with the increasing precision and amount of data available, a model-independent extraction method for the individual amplitude contribution is presented and tested with Monte Carlo generated J/Psi -> gamma pi0 pi0 data. For this, and many more analysis techniques, a new, agile, and efficient amplitude analysis framework named ComPWA is being developed. It is modularized to allow an easy extension with arbitrary models and formalisms as well as simultaneous fitting of multiple datasets, even from different experiments. Experience from existing amplitude analysis software was used to define the requirements of the framework and in particular to prevent it from restricting its functionality to certain analysis methods. The challenges involve parallelization, fitting with a high number of free parameters, managing complex meta-fits, and quality assurance / comparability of fits. In this work, the design of the framework, the implementation of the wave extraction method, and the results from the J/Psi -> gamma pi0 pi0 analysis are presented.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-4105
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: VII, 124 Seiten
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