Authors:	Capozza, Luigi
Title:	Untergrundstudien zur Messung der Strangeness-Vektorformfaktoren des Protons durch paritätsverletzende Elektronenstreuung unter Rückwärtswinkeln
Online publication date:	20-Aug-2010
Year of first publication:	2010
Language:	german
Abstract:	Im Rahmen des A4-Experiments werden die Beiträge des Strange-Quarks zu den elektromagnetischen Formfaktoren des Protons gemessen. Solche Seequarkeffekte bei Niederenergieobservablen sind für das Verständnis der Hadronenstruktur wichtig, denn sie stellen eine direkte Manifestation der QCD-Freiheitsgrade im nichtperturbativen Bereich dar.\r\n\r\nLinearkombinationen der Strangeness-Vektorformfaktoren des Protons $G_E^s$ und $G_M^s$ sind experimentell über die Messung der paritätsverletzenden Asymmetrie im Wirkungsquerschnitt der elastischen Streuung longitudinal polarisierter Elektronen an unpolarisierten Nukleonen zugänglich. Vor dieser Arbeit hatte die A4-Kollaboration zwei solche Messungen unter Vorwärtsstreuwinkeln bei den Viererimpulsübertägen $Q^2$ von jeweils 0.23 und 0.10 (GeV/c)$^2$ veröffentlicht. Um die Separation von $G_E^s$ und $G_M^s$ beim höheren $Q^2$-Wert zu erhalten, wurde eine Messung unter Rückwärtswinkeln mit der Strahlenergie von 315 MeV durchgeführt.\r\n\r\nIm A4-Experiment werden die an einem Flüssigwasserstoff-Target gestreuten Elektronen eines longitudinal polarisierten Strahls mit einem Cherenkov-Kalorimeter einzeln gezählt. Durch die kalorimetrische Energiemessung erfolgt die Trennung der elastischen von den inelastischen Ereignissen. Bei Rückwärtswinkeln wurde dieses Apparat mit einem Szintillator als Elektronentagger erweitert, um den $\\gamma$-Untergrund aus dem $\\pi^0$-Zerfall zu unterdrücken.\r\n\ r\nUm die Auswertung dieser Messung zu ermöglichen, wurden im Rahmen dieser Arbeit die gemessenen Energiespektren anhand von ausführlichen Simulationen der Streuprozesse und des Antwortverhaltens der Detektoren untersucht, und eine Methode zur Behandlung des restlichen Untergrunds aus der $\\gamma$-Konversion\r\nvor dem Szintillator entwickelt. Die Simulationergebnisse sind auf dem 5%-Niveau mit den Messungen verträglich, und es wurde bewiesen, dass die Methode der Untergrundbehandlung anwendbar ist.\r\n\r\nDie Asymmetriemessung bei Rückwärtswinkeln, die man nach Anwendung der hier erarbeiteten Untergrundbehandlung erhält, wurde für die Separation von $G_E^s$ und $G_M^s$ bei $Q^2$=0.22 (GeV/c)^2 mit der Vorwärtswinkelmessung beim selben\r\n$Q^2$ kombiniert. Es ergeben sich die Werte:\r\n\r\n$G_M^s$= -0.14 ± 0.11_{exp} ± 0.11_{theo} und\r\n$G_E^s$= 0.050 ± 0.038_{exp} ± 0.019_{theo}, \r\n\r\nwobei die systematische Unsicherheit wegen der Untergrundbehandlung im experimentellen Fehler enthalten ist. Am Ende der Arbeit werden die aus diesen Resultaten folgenden Rückschlüsse auf den Einfluss der Strangeness auf die statischen elektromagnetischen Eigenschaften des Protons diskutiert.\r\n Within the A4 experiment the contributions of the strange quark to the electromagnetic form factors of the proton are measured. These see-quark effects in low energy observables are very important for the understanding of hadron structure, because they are a direct manifestation of QCD degrees of freedom in the non-perturbative regime.\r\n\r\nLinear combinations of the strangeness vector form factors of the proton ($G_E^s$ and $G_M^s$) are accessible experimentally by measuring the parity violating asymmetry in the cross section of the elastic scattering of longitudinal polarised electrons off unpolarised nucleons. Two such measurements were published by the A4 collaboration before this work. Both of them were forward angle measurements at the $Q^2$ values of 0.23 and\r\n0.10 (GeV/c)$^2$, respectively. A measurement at backward angle with a beam energy of 315 MeV was performed for separating $G_E^s$ and $G_M^s$ at the higher of these $Q^2$ values.\r\n\r\nIn the A4 experiment a longitudinally polarised electron beam scatters on a liquid hydrogen target. Single scattered electrons are counted with a Cherenkov calorimeter. The separation of elastic from inelastic events is achieved by means of calorimetric energy measurement. For the backward angle measurement a plastic scintillator was installed as electron tagger for suppressing the $\\gamma$ background coming from the decay of $\\pi^0$ mesons.\r\n\r\nIn order to make the data analysis possible the energy spectra needed to be studied thoroughly. This was done in this work using detailed simulations of both the scattering processes suffered by beam electrons and of the response of the detectors. A method for handling the remaining background due to $\\gamma$ conversion before the scintillator has been also developed. The simulation\r\nresults agree with the measured spectra at the 5% level and the strategy for handling the background was shown to be feasible.\r\n\r\nThe asymmetry value obtained by handling the background as proposed in this work was combined with the previous A4 forward angle measurement at the same $Q^2$ for separating $G_E^s$ and $G_M^s$ at $Q^2$=0.22~(GeV/c)$^2$. The results are\r\n\r\n$G_M^s$= -0.14 ± 0.11_{exp} ± 0.11_{theo} and\r\n$G_E^s$= 0.050 ± 0.038_{exp} ± 0.019_{theo}, \r\n\r\nwhere the systematic uncertainty due to the background correction is contained in the experimental error. Conclusions about the influence of strangeness on the static electromagnetic properties of the proton are drawn from these results and are presented at the end of the work.\r\n
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-4658
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-23648
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	182 S.
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