Study of the helicity dependence of single pion photoproduction on the deuteron

Abstract

Der erste experimentelle Test der GDH-Summenregel für das Proton wurde 1998 am MAMI-Beschleuniger der Universität Mainz durchgeführt. Ferner wurde ein Pilot-Experiment mit einem polarisierten Deuteron-Target vorgenommen. Dieselbe Kollaboration führte 2003 ein auf das Deuteron ausgerichtetes Experiment durch mit der Absicht, die GDH-Summenregel für das Neutron zu untersuchen. Der in beiden Experimenten verwendete Aufbau erlaubt nicht nur die Messung des totalen Wirkungsquerschnitts, sondern auch gleichzeitig einzelne Teilreaktionen zu studieren.

In dieser Arbeit werden die Daten des Deuteron-Pilot-Experiments von 1998 analysiert. Desweiteren wird eine Studie der Helizitätsabhängigkeit der differenziellen Wirkungsquerschnitte für drei Pion- Photoproduktionskanäle des Deuterons in der oberen Hälfte der Delta-Resonanz präsentiert. Diese Ergebnisse werden mit einem theoretischen Modell verglichen. Dabei wurde eine hinreichend gute Übereinstimmung für die unpolarisierten Reaktionen gefunden, während für die polarisierten Kanäle kleinere Diskrepanzen beobachtet wurden.

Der Targetpolarisationsgrad ist einer der relevanten Parameter, der für eine absolute Normalisierung der Wirkungsquerschnitte notwendig ist. Die Analyse dieses Parameters für die 2003er Daten wird in der vorliegenden Arbeit vorgestellt.

Zur Zeit ist in Mainz ein Frozen-Spin-Target im Bau. Es wird als Target für polarisierte Protonen oder polarisierte Deuteronen für zukünftige Experimente mit dem Crystal Ball zur Verfügung stehen. Die Vorbereitungen der verschiedenen Subsysteme dieses Aufbaus stellten einen wichtigen Teil dieser Arbeit dar. Die fundamentalen Grundlagen der Methode und deren technische Umsetzung, sowie der momentane Status der Aufbauarbeiten am Target werden im Detail präsentiert.

The first experimental test of the GDH sum rule on the proton was carried out in 1998 at the MAMI accelerator facility in Mainz University. A pilot experiment with a polarized deuteron target was also performed. In 2003 the same collaboration carried out a dedicated experiment on the deuteron with the aim to investigate the GDH sum rule on the neutron. The setup used in both experiments allows not only to measure total cross sections, but also to study partial reaction channels.

In this thesis, data from the 1998 pilot experiment on the deuteron are analyzed. A study of the helicity dependence of the differential cross section on three single pion photoproduction channels on the deuteron in the upper half of the Delta-resonance will be presented. These results are compared with a theoretical model. A reasonably good agreement was obtained for unpolar- ized reactions, while some small discrepancies are observed in the polarized channels.

The target degree of polarization is one of the relevant parameters re- quired for an absolute normalization of the cross section. The analysis of this parameter for the 2003 data is given in this work.

A Frozen Spin Target is under construction in Mainz. It will be used with the Crystal Ball detector and it will provide a polarized proton and polarized deuteron target for future experiments. The preparation of the different subsystems needed for the setup was an important part of this thesis. The basic principles of this technique and the actual status of the target will be presented in some detail.