Luminositätsbestimmung für Proton-Deuteron-Streureaktionen am Experiment COSY-11

Abstract

Mesonen wurden zunächst in der kosmischen Strahlung entdeckt. Moderne Teilchenbeschleuniger, wie zum Beispiel das Cooler Synchroton COSY am Forschungszentrum Jülich, ermöglichen es, Mesonen künstlich zu erzeugen. Sie erlauben die Untersuchungen der Mesonenproduktion und deren Mechanismen. Dazu werden die Wirkungsquerschnitte der Mesonen ermittelt. Von besonderem Interesse ist es hierbei über die Endzustandswechselwirkung (Final-State-Interaction), die nahe der Produktionsschwelle untersucht wird, Erkenntnisse zu erlangen, da die Ejektile nahe der Schwellenenergie einen geringen Relativimpuls besitzen und somit lange Wechselwirkungszeiten zur Verfügung haben.

Am Institut für Kernphysik werden verschiedene Kanäle der Reaktion pd->3He X untersucht, wobei X ein beliebiges Teilchen sein kann. Die Reaktionen werden dabei von der COSY-11 Kollaboration am COSY gemessen. Als Target für das Experiment wird das im Institut für Kernphysik Münster entwickelte Clustertarget benutzt. Da bei diesen Messungen die Luminosität über das definierte Reaktionsvolumen und die Teilchenzahl im Target sowie im Beschleunigerstrahl nur ungenau bestimmt werden kann, wird eine simultan gemessene Referenzreaktion für die Bestimmung der integrierten Luminosität zur Hilfe genommen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll die integrierte Luminosität für die Bestimmung des Wirkungsquerschnittes der Reaktion pd->3He eta ermittelt werden. Als Referenzreaktion wurde die elastische Proton-Deuteron-Streuung simultan gemessen. Diese Arbeit befasst sich neben dem experimentellen Aufbau und einer kurzen theoretischen Einleitung zunächst mit der Simulation und Analyse von Daten der elastischen Proton-Deuteron-Streuung. In der Simulation beziehungsweise Analyse wird durch Vergleich von generierten und analysierten Daten eine Aussage über die Genauigkeit der Rekonstruktion gemacht. Hierzu wurden Ereignisse simuliert, bei denen verschiedene Aspekte, wie zum Beispiel der Einfluss des Targetdurchmessers oder der Einfluss einiger Störeffekte, genauer untersucht werden.

Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Bestimmung der Luminosität für die gemessenen Strahlimpulse von 1,581 GeV/c, 1,593 GeV/c, 1,602 GeV/c, 1,612 GeV/c und 1,655 GeV/c. Die Bestimmung der Luminosität besteht aus zwei Schritten.

Im ersten Schritt werden die vom Untergrund separierten gemessenen Ereignisse der elastischen Proton-Deuteron-Streuung ausgezählt. Über Monte-Carlo simulierte und analysierte Daten wird die Akzeptanz des Detektorsystems für die elastische Proton-Deuteron-Streuung bestimmt. Im zweiten Schritt müssen die Wirkungsquerschnitte der elastischen Proton-Deuteron-Streuung bei den untersuchten Strahlimpulsen aus den Literaturdaten bestimmt werden. Da keine Wirkungsquerschnitte bei den untersuchten Impulsen vorliegen, werden sie mittels der bekannten Literaturdaten interpoliert.

Zum Schluss wird aus den interpolierten Wirkungquerschnitten sowie aus der ermittelten Akzeptanz und den vom Untergrund getrennten gemessenen Ereignissen der Referenzreaktion die integrierte Luminosität bei den einzelnen Strahlimpulsen bestimmt.

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