Photoproduktion neutraler Pionpaare mit dem Crystal–Barrel–Detektor an ELSA

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Photoproduktion von zwei neutralen Pionen am Proton mit dem Crystal-Barrel-Detektor am Elektronenbeschleuniger (ELSA) in Bonn untersucht. Die aus dem Beschleuniger extrahierten Elektronen treffen zunächst auf ein Radiatortarget, an dem Photonen in einem Energiebereich zwischen 300 MeV und 3 GeV durch Bremsstrahlung produziert werden. Die Photonen treffen auf ein Target aus flüssigem Wasserstoff (LH2) im Zentrum des Detektors. Der Crystal-Barrel-Detektor deckt fast vollständig (98% von 4π) den Raumwinkel um das Target ab und ist außerdem besonders sensitiv auf Photonen, die meist als Zerfallsprodukte neutraler Mesonen auftreten. <br /> Nach Aufzeichnung und Rekonstruktion der Daten wurden ca. 270.000 Ereignisse der Reaktion γ p -> p π⁰ π⁰ mit einer sehr guten Unterdrückung des Untergrundes selektiert. In den Daten zeigen sich klare Resonanzstrukturen sowie Hinweise auf Resonanzen, die über Baryonkaskaden Δ(1232)P₃₃, N(1520)D₁₃ und X(1660) zerfallen. <br /> Die selektierten Ereignisse wurden in einer Partialwellenanalyse (PWA) verwendet, um auf die beitragenden Resonanzen und ihre Eigenschaften schließen zu können. Außerdem wurde mit den Ergebnissen der PWA ein Verfahren zur Akzeptanzbestimmung entwickelt, das die Dynamik der Reaktion γ p -> p π⁰ π⁰ korrekt berücksichtigt. Dafür werden durch eine Monte Carlo Simulation Ereignisse anhand des zur Verfügung stehenden Phasenraums generiert. Über die PWA werden Gewichte für diese Ereignisse berechnet, mit denen einzelne Ereignisse ausgewählt und in einen neuen Satz von Monte Carlo Ereignisse kopiert werden. Dieser neue Datensatz berücksichtigt die wirkliche Dynamik der Reaktion γ p -> p π⁰ π⁰ und gibt die Akzeptanz der Reaktion korrekt wieder. Mit dieser wurde schließlich der totale und die differentiellen Wirkungsquerschnitte bis zu einer Photonenergie von 3 GeV bestimmt. Dieser Bereich in der γ-Energie wurde zuvor noch nicht untersucht.<br /> Die akzeptanz- und flusskorrigierten Ergebnisse zeigen deutlich zwei Peaks im totalen Wirkungsquerschnitt und Beiträge der Baryonresonanzen Δ(1232)P₃₃, N(1520)D₁₃ und X(1660) in den Spektren der invarianten Masse m(pπ⁰) sowie Beiträge der Mesonresonanzen f₀(980) und f₂(1270) in der invarianten Masse m(π^0π⁰). Die hier vorgestellte Analyse dient als Grundlage für eine Partialwellenanalyse, mit der die Resonanzen und ihre Eigenschaften extrahiert werden können. Diese zusätzlichen Informationen können zu einem besseren Verständnis des Baryonenspektrums beitragen.