Messung und Optimierung der Lichtpolarisation des A4-Compton-Rückstreupolarimeters
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Das A4-Experiment am Teilchenbeschleuniger MAMI der Johannes Gutenberg-Universität Mainz macht sich die Paritätsverletzung in der elastischen Streuung polarisierter Elektronen an unpolarisierten Nukleonen zunutze, um den Beitrag von strange-Quarks zu den elektromagnetischen Vektorformfaktoren des Nukleons zu bestimmen und so zusammen mit den Ergebnissen ähnlicher Experimente an anderen Beschleunigern den Einfluß des "Quark-Sees" auf die statischen Eigenschaften des Nukleons zu beleuchten. Die Meßdaten, die bei Strahlenergien zwischen 315 MeV und 1.5 GeV genommen wurden, können allerdings nur analysiert werden, wenn eine Absolutbestimmung der Strahlpolarisation vorliegt. Zu diesem Zweck wurde ein laserbasiertes Compton-Rückstreupolarimeter entworfen und aufgebaut, mit dem dieser Polarisationsgrad zerstörungsfrei, d.h. parallel zum Experimentierbetrieb und bei denselben Strahlbedingungen wie das Hauptexperiment gemessen werden kann. Ein wichtiger Parameter ist hierbei die Polarisation des Laserstrahls, deren Kenntnis wiederum unabdingbar für die Analyse der Polarimeter-Meßdaten ist.
Die hier vorgelegte Arbeit berichtet nun einerseits über die Weiterentwicklung des optischen Systems und seiner Steuerungs-Infrastruktur, andererseits über den Entwurf, die Konstruktion und die Inbetriebnahme eines neuen Meßgeräts zur Bestimmung der Laserpolarisation mitsamt des hierfür erforderlichen Datennahmesystems und der Methode zur Analyse der Meßdaten. Dieses Gerät erreicht eine statistische Meßgenauigkeit von 0.05% bei einer systematischen Unsicherheit von weniger als 0.2%, wobei Veränderungen des Polarisationgrads zwischen dem Ort der Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl und dem Ort der Messung berücksichtigt werden. Die so gewonnenen Daten wurden mit Resultaten einer parallel angefertigten Dissertation kombiniert, um erstmals die mit dem hier beschriebenen Polarimeter während einer Strahlzeit des A4-Experiments gemessene Strahlpolarisation zu extrahieren. Diese konnte trotz Beschränkung auf eine Teilmenge der Daten mit einer statistischen Unsicherheit von 2.5% und einer systematischen Unsicherheit von 0.4% bestimmt werden, was eine deutliche Verbesserung gegenüber dem bisher mit anderen Methoden erzielten Wert von 4% darstellt.