Authors:	Molitor, Matthias
Title:	Präzisionspolarimetrie mit Hilfe doppelter Mott-Streuung
Online publication date:	10-Jun-2020
Year of first publication:	2020
Language:	german
Abstract:	Im P2-Experiment am neuen Mainzer Energie-rückgewinnenden Supraleitenden Beschleuniger (eng: Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator, kurz: MESA) soll der elektroschwache Mischungswinkel sin^2 (θ_W), auch Weinbergwinkel genannt, bei kleinem Impulsübertrag (Q^2 = 4,5 × 10^(−3) GeV^2) mit hoher Präzision vermessen werden. Um dabei die angestrebte Genauigkeit des Endergebnisses nicht negativ zu beeinflussen, muss die Polarisation des einfallenden Elektronenstrahls mit einer relativen Genauigkeit von ∆P/P ≤ 0,5 % bestimmt werden können. Hierfür muss wiederum die effektive Analysierstärke des Streuprozesses im Polarimeter und der dabei verwendeten Streufolien mit derselben relativen Genauigkeit bekannt sein. Bei konventionellen Mott-Polarimetern mit Streuung an jeweils einer einzelnen Goldfolie, wie zum Beispiel am Mainzer Mikrotron (MAMI), dominieren Ungenauigkeiten in der Auswertemethode und den theoretischen Berechnungen die Unsicherheit des Wertes der effektiven Analysierstärke. Mit dem Doppelt Streuenden Polarimeter (eng.: Double Scattering (Mott-)Polarimeter, kurz: DSP) wird in dieser Arbeit eine alternative Methode zur Streufolien-Kalibration mit Hilfe zweifacher Mott-Streuung präsentiert. Diese verspricht eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der effektiven Analysierstärke, indem sie nur auf den verschiedenen gemessenen Asymmetrien an insgesamt zwei Folien beruht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das DSP erstmals an einer für einen Linearbeschleuniger geeigneten spin-polarisierten Quelle eingesetzt. Die dazu notwendige Spin-Rotation wurde durch einen Wienfilter vorgenommen. Die Möglichkeit sowohl unpolarisierten als auch spin-polarisierten Strahl zur Messung der effektiven Analysierstärke zu verwenden wurde genutzt, was Konsistenzüberprüfungen der Resultate ermöglichte. Dabei zeigten sich relative Fluktuationen der extrahierten Analysierstärken von ± 1,5 %, ein Präzisionsniveau, das den besten etablierten Polarimetern nahe kommt. Weiterhin wurde eine seit langem bestehende scheinbare Diskrepanz zu einer anderen Kalibrationsmethode untersucht und festgestellt, dass diese spezifisch für die Apparatur sein muss und im vorliegenden Aufbau keine Rolle spielt. Trotzdem legt der Befund nahe, dass die Streufolien Untergründe induzierten, welche für die Reduzierung der effektiven Analysierstärke eine größere Rolle spielen als bisher angenommen. Die beobachteten Inkonsistenzen könnten so erklärt und - neben einer Reihe anderer systematischer Unsicherheiten, deren relative Größen im Bereich zwischen 0,1 % und 1 % liegen - mittelfristig weiter reduziert werden. The P2-Experiment at the new Mainz Energy-recovering Superconducting Accelerator (MESA) aims to measure the electro-weak mixing angle sin^2 (θ_W) (also called Weinberg-Angle) at low four-momentum transfer (Q^2 = 4,5 × 10^(−3) GeV^2) with high precision. In order to achieve the desired accuracy of the final result, the polarization of the incident electron-beam must be known with a relative uncertainty of ∆P/P ≤ 0,5 %. Therefore the effective analyzing power of the scattering process and the target foils used inside the polarimeter have to be determined with the same precision. The accuracy of conventional Mott polarimeters, such as operating at the Mainz Microtron (MAMI), that scatter of one gold foil at a time, are limited by uncertainties in the extrapolation and theoretical calculations required to determine the effective analyzing power. The Double Scattering (Mott-) Polarimeter (DSP) presented in this work offers an alternative method for the calibration of the target foils by using double Mott scattering. This method promises a high precision for the determination of the effective analyzing power of the scattering process by only relying on asymmetry measurements on two target foils. In this work the DSP was used at a (for linear accelerators suitable) spin polarized source for the first time. The required spin rotation was performed using a Wien filter. The ability to use unpolarized as well as spin polarized electron beam for the measurements was used, allowing for consistency checks. These showed a relative fluctuation of the extracted analyzing power of ± 1,5 %, a level of precision comparable with the best established polarimeters. Furthermore a discrepancy that long seemed to exist in comparison to another calibration method was investigated and found to be specific to the apparatus, therefore not being relevant in our setup. Still this result hints at the target foils inducing a background, which might have a bigger influence in reducing the effective analyzing power than was assumed until now. The observed inconsistencies could be explained this way and - together with other systematic uncertainties with relative Values between 0,1 % and 1 % - be further reduced in the future.
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-4880
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000035734
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	107 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen