Photoproduktion neutraler Pionen am Proton mit linear polarisierten Photonen im Bereich der Schwelle

Abstract

Diese Arbeit beschreibt ein Experiment zur Photoproduktionneutraler Pionen am Proton im Schwellenbereich. DurchVerwendung linear polarisierter Photonen konnte neben dentotalen und differentiellen Wirkungsquerschnitten zum erstenMal die Photonasymmetrie nahe der Schwelle gemessen werden.Besonderes Interesse galt dem aus diesen physikalischenObservablen bestimmbaren s-Wellen-Multipol E0+ sowie der erstmaligen Bestimmung aller drei p-Wellen-KombinationenP1, P2 und P3 im Bereich der Schwelle.Das Experiment wurde 1995/1996 am ElektronenbeschleunigerMAMI (Mainzer Mikrotron) der Universität Mainz durchgeführt.Durch Verwendung eines Diamanten als Bremsstrahltarget fürdie Elektronen wurden über den Prozeß der kohärentenBremsstrahlung linear polarisierte Photonen erzeugt. DieEnergie der Photonen wurde über die Messung der Energie der gestreuten Elektronen in der MainzerPhotonenmarkierungsanlage bestimmt. Der Detektor TAPS, eineAnordnung aus 504 BaF2-Modulen, war um einFlüssigwasserstofftarget aufgebaut. In den Modulen wurdendie im Target produzierten neutralen Pionen über ihrenZerfall in zwei Photonen nachgewiesen.Die totalen und differentiellen Wirkungsquerschnitte wurdenim Energiebereich zwischen der Schwelle von 144.7 MeV und168 MeV gemessen. Die erstmals gemessene Photonasymmetriefür 159.5 MeV ist positiv und hat einen Wert von+0.217+/-0.046 für einen Polarwinkel von 90 Grad. Der Multipol E0+ und die drei p-Wellen-Kombinationen wurden andie physikalischen Observablen über zwei unterschiedlicheMethoden angepaßt, die übereinstimmende Ergebnisselieferten. Die Vorhersagen der Niederenergietheoreme derchiralen Störungstheorie für P1 und P2 stimmen beiEinbeziehung der statistischen und systematischen Fehler mitden experimentellen Werten überein.

This work desribes an experiment for the photoproduction ofneutral pions from the proton in the threshold region. Usinglinearly polarized photons the photon asymmetry could bemeasured for the first time simultaneously with the totaland differential cross sections. The measurement of these physical observables allowed for the determination of thes-wave multipole E0+ and all three p-wave combinations P1,P2 and P3 close to threshold.The experiment was performed in 1995/1996 at the MainzMicrotron MAMI. By using a diamond as a bremsstrahl targetfor the electrons, linearly polarized photons were producedvia the process of coherent bremsstrahlung. The energy ofthe photons was obtained by measuring the energy of thescattered electrons in the Mainz tagged photon facility. Thedetector TAPS, consisting of 504 BaF2 modules, was built uparound a liquid hydrogen target. The neutral pions weredetected in TAPS via their decay into two photons.The total and differential cross sections were measured overthe energy range from threshold of 144.7 MeV to 168 MeV. Thephoton asymmetry for 159.5 MeV measured for the first timewas found to be positive and has a value of +0.217+/-0.046for a polar angle of 90 degrees. The values for the s-wave-multipole E0+ and the three P-wave-combinations wereextracted via two multipole fits to the physicalobservables, leading to corresponding results. Thepredictions of the low-energy theorems of chiralperturbation theory for P1 and P2 are in agreement with theexperimental results.