Autoren:	Diefenbach, Jürgen
Titel:	Bestimmung der Analysierstärke des A4-Compton-Rückstreupolarimeters zur Messung der longitudinalen Spinpolarisation des MAMI-Elektronenstrahls
Online-Publikationsdatum:	24-Aug-2010
Erscheinungsdatum:	2010
Sprache des Dokuments:	Deutsch
Zusammenfassung/Abstract:	Das A4-Experiment bestimmt den Beitrag der Strangequarks zu den elektromagnetischen Formfaktoren des Nukleons durch Messung der Paritätsverletzung in der elastischen Elektron-Nukleon-Streuung. Diese Messungen werden mit dem spinpolarisierten Elektronenstrahl des Mainzer Mikrotrons (MAMI) bei Strahlenergien zwischen 315 und 1508 MeV ndurchgeführt. Die Bestimmung des Strahlpolarisationsgrades ist für die Analyse der Daten unerläßlich, um die physikalische Asymmetrie aus der gemessenen paritätsverletzenden Asymmetrie extrahieren zu können. Aus diesem Grund wird von der A4-Kollaboration ein neuartiges Compton-Laserrückstreupolarimeter entwickelt, das eine zerstörungsfreie Messung der Strahlpolarisation, parallel zum laufenden Paritätsexperiment erlaubt. Um den zuverlässigen Dauerbetrieb des Polarimeters zu ermöglichen, wurde das Polarimeter im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelt. Das Datenerfassungssystem für Photonen- und Elektronendetektor wurde neu aufgebaut und im Hinblick auf die Verarbeitung hoher Raten optimiert. Zum Nachweis der rückgestreuten Photonen wurde ein neuartiger Detektor (LYSO) in Betrieb genommen. Darüber hinaus wurden GEANT4-Simulationen der Detektoren durchgeführt und eine Analyseumgebung für die Extraktion von Comptonasymmetrien aus den Rückstreudaten entwickelt. Das Analyseverfahren nutzt die Möglichkeit, die rückgestreuten Photonen durch koinzidente Detektion der gestreuten Elektronen energiemarkiert nachzuweisen (Tagging). Durch die von der Energiemarkierung eingeführte differentielle Energieskala wird somit eine präzise Bestimmung der Analysierstärke möglich. In der vorliegenden Arbeit wurde die Analysierstärke des Polarimeters bestimmt, so daß nun das Produkt von Elektronen- und Laserstrahlpolarisation bei einem Strahlstrom von 20 muA, parallel zum laufenden Paritätsexperiment, mit einer statistischen Genauigkeit von 1% in 24 Stunden bei 855 MeV bzw. <1% in 12 Stunden bei 1508 MeV gemessen werden kann. In Kombination mit der Bestimmung der Laserpolarisation in einer parallelen Arbeit (Y. Imai) auf 1% kann die statistische Unsicherheit der Strahlpolarisation im A4-Experiment von zuvor 5% auf nun 1,5% bei 1508MeV verringert werden. Für die Daten zur Messung der paritätsverletzenden Elektronenstreuung bei einem Viererimpulsübertrag von $Q^2=0,6 (GeV/c)^2$ beträgt die Rohasymmetrie beim derzeitigen Stand der Analyse $A_{PV}^{Roh} = ( -20,0 \pm 0,9_{stat} ) \cdot 10^{-6}$. Für eine Strahlpolarisation von 80% erhält man einen Gesamtfehler von $1,68 \cdot 10^{-6}$ für $\Delta P_e/P_e = 5 \%$. Als Ergebnis dieser Arbeit wird sich dieser Fehler durch Analyse der Daten des Compton-Laserrückstreupolarimeters um 29% auf $1,19 \cdot 10^{-6}$ ($\Delta P_e/P_e = 1,5 \%$) verringern lassen. The A4 experiment determines the strange quark contribution to the electromagnetic from factors of the nucleon by measuring the parity violation in elastic electron nucleon scattering. These measurements are carried out using the spin polarized electron beam of the Mainzer Mikrotron (MAMI) with beam energies in the range from 315 to 1508 MeV.rnFor the data analysis it is essential to determine the degree of polarization of the electron beam in order to extract the physics asymmetry from the measured parity violating asymmetry. For this reason the A4 collaboration has developed a novel type of Compton laser backscattering polarimeter that allows for a non-destructive measurement of the beam polarization in parallel to the running parity experiment.rnIn the scope of this work the polarimeter was refined in order to enable reliable continuous operation of the polarimeter. The data acquisition system for the photon and electron detector was re-designed and optimized to cope with high count rates. A novel detector (LYSO) for the backscattered photons was commissioned. Furthermore, GEANT4 simulations of the detectors have been performed and an analysis environment for the extraction of Compton asymmetries from the backscattered photon data has been developed. The analysis makes use of the possibility to detect backscattered photons in coincidence with the scattered electrons, thus tagging the photons. The tagging introduces a differential energy scale which enables the precise determination of the analyzing power.rnIn this work the analyzing power of the polarimeter has been determined. Therefore, at a beam current of 20 muA the product of electron and laser polarization can be determined, while the parity experiment is running, with a statistical accuracy of 1% in 24 hours at 855 MeV or <1% in 12 hours at 1508 MeV. Combining this with the determination of the laser polarization carried out in parallel work (Y. Imai), the uncertainty of the electron beam polarization in the A4 experiment can be reduced from 5% to 1,5% at 1508 MeV.rnFor the data sets for the measurement of parity violation in electron scattering at a four momentum transfer of $Q^2=0,6 (GeV/c)^2$ the analysis yields a raw asymmetry of $A_{PV}^{Roh} = ( -20,0 \pm 0,9_{stat} )\cdot 10^{-6}$ at the moment. For a beam polarization of 80% the total error would be $1,68 \cdot 10^{-6}$ with $\Delta P_e/P_e = 5 \%$. As the result of this work the error will be reduced using the Compton laser backscattering polarimeter by 29% to $1,19 \cdot 10^{-6}$ ($\Delta P_e/P_e = 1,5 \%$).rn
DDC-Sachgruppe:	530 Physik 530 Physics
Veröffentlichende Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Veröffentlichungsort:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4659
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-23662
Version:	Original work
Publikationstyp:	Dissertation
Nutzungsrechte:	Urheberrechtsschutz
Informationen zu den Nutzungsrechten:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Umfang:	250 S.
Enthalten in den Sammlungen:	JGU-Publikationen