Messung totaler Wirkungsquerschnitte mit S-,p,a- und a+ bei 600 GeV/c Laborimpuls:
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1998
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 EINFUEHRUNG IN TOTALE WIRKUNGSQUERSCHNITTE 2
2.1 ENERGIEABHAENGIGKEIT TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 2
2.1.1 DREI REGIONEN IN DER ENERGIEABHAENGIGKEIT TOTALER HADRONISCHER
WIRKUNGSQUERSCHNITTE 3
2.1.2 TOTALE HADRONISCHE WIRKUNGSQUERSCHNITTE BEI HADRON-KEM-REAKTIONEN.
4
2.2 GROESSENBEZIEHUNGEN ZWISCHEN TOTALEN WIRKUNGSQUERSCHNITTEN. 5
2.3 THEORETISCHE AUSSAGEN ZUM ASYMPTOTISCHEN VERHALTEN TOTALER
WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 6
2.3.1 DIE FROISSART'SCHE GRENZE. 6
2.3.2 POMERANTCHUK-THEOREME. 6
2.4 ENERGIEABHAENGIGKEIT TOTALER HADRONISCHER WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 7
2.4.1 ETWAS REGGETHEORIE . 7
2.4.2 DER ANSATZ VON DONNACHIE & LANDSHOFF ZUR UNIVERSELLEN BESCHREIBUNG
DER -AB
HAENGIGKEIT TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE . 10
2.5 BESCHREIBUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE MIT EINEM GEOMETRISCHEN
MODELL. 11
2.6 NICHTPERTURBATIVE BESCHREIBUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 13
2.7 EFFEKTE BEI TOTALEN HADRON-KEM-WIRKUNGSQUERSCHNITTEN. 15
2.7.1 DER SCHATTENEFFEKT. 15
2.8 MOTIVATION FUER DIE MESSUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE BEI 600
GEV/C. 16
3 VORSTELLUNG DES EXPERIMENTS E781 18
3.1 HISTORISCHER HINTERGRUND. 18
3.2 ZIELSETZUNGEN DER KOLLABORATION. 19
3.2.1 CHARM-PHYSIK UND PHYSIK MIT SCHWEREN QUARKS. 19
3.2.2 SUCHE NACH EXOTISCHEN TEILCHEN. 19
3.2.3 POLARISIERBARKEIT VON HADRONEN . 20
3.2.4 POLARISATIONSMESSUNGEN IN DER HYPERONENPRODUKTION. 20
3.2.5 MESSUNG VON LADUNGSRADIEN.20
3.2.6 MESSUNG TOTALER HADRONISCHER WIRKUNGSQUERSCHNITTE AUF KERNEN UND
NUKLEONEN . . . 21
3.3 DIE PRIMAERE TEILCHENQUELLE.21
3.4 ERZEUGUNG DES HYPERONENSTRAHLS. 22
3.5 DER AUFBAU DES E781-SPEKTROMETERS.24
3.5.1 DAS STRAHLSPEKTROMETER.24
3.5.2 DAS VERTEXSPEKTROMETER.27
3.5.3 DAS ML-SPEKTROMETER.28
3.5.4 DAS M2-SPEKTROMETER. 30
3.5.5 DAS M3-SPEKTROMETER. 31
3.6 DER E781-TRIGGER. 32
3.6.1 DIE STRUKTUR DES E781 -TRIGGERS. 32
3.6.2 DER TRIGGER FUER DIE MESSUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 33
3.7 DIEE781-DAQ. 34
4 GRUNDLAGEN FUER DIE MESSUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE 36
4.1 ABSORPTION DES TEILCHENSTRAHLS UND TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITT. 36
4.2 DAS IDEALE TRANSMISSIONSEXPERIMENT. 37
4.3 LEERTARGETMESSUNGEN. 38
4.4 PARTIELLE WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 39
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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_
INHALTSVERZEICHNIS
/
4.4.1 DEFINITION PARTIELLER WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 39
4
.
4.2
PARTIELLE WIRKUNGSQUERSCHNITTE UND IHR ZUSAMMENHANG MIT
ATOT
. ' 39
4.4.3 NOTWENDIGE KORREKTUREN BEI GELADENEN STRAHLTEILCHEN . 40
4
.
4.4
EXTRAPOLATIONSVERFAHREN. 42
4.5 BEGRENZUNGEN DER TRANSMISSIONSTECHNIK. 43
4.6
BISHERIGE REALISIERUNG VON TRANSMISSONSEXPERIMENTEN. 45
4.7
UMSETZUNG DER TRANSMISSIONSMETHODE AUF DAS E
781
-EXPERIMENT. 46
4
.
7
.1 DIE IDEE DER NORMSPUREN. 4G
4
.
7.2
DER TRANSMISSIONSZAEHLER. 42
4
.
7.3
DAS SPEKTROMETER ZUR MESSUNG DER TOTALEN WIRKUNGSQUERSCHNITTE. 49
5
DIE DATENNAHME UND IHRE VORBEREITUNG
5.1
DIE TARGETS. ^
5
.
1.1
DAS POLYAETHYLENTARGET. 5^
5
.
1.2
DAS KOHLENSTOFFTARGET . 52
5
.
1.3
DAS BERYLLIUMTARGET. 52
5
.
1.4
DAS KUPFERTARGET. 52
5.2 DIE TARGETHALTERUNG. 52
5.3 POSITIONIERUNG DER TARGETS IM STRAHL. 53
5.4 UNTERSUCHUNGEN ZU APPARATIVE GEGEBENHEITEN. 54
5
.
4.1
DER
PILE-UP-EUEEKL
IN DEN BSSDS . 54
5.4.2 ABHAENGIGKEIT DER NORMSPURAUSBEUTE VON DER TRIGGERRATE.56
5
.
4.3
AUSSCHOEPFUNG DER DAQ. 5G
5
.
4.4
AUSWAHL DER STRAHLBEDINGUNGEN. 5G
5.5 DURCHFUEHRUNG DER DATENNAHME. 5G
5.5.1 EINSTELLUNG VON STRAHLINTENSITAET UND MAGNETEN. 59
5
.
5.2
EINSTELLUNG VON DAQ UND TRIGGER. 60
5
.
5.3
KALIBRATION DES SILIZIUMS. 61
5.6
DIE AUFGEZEICHNETEN DATEN. 61
6 DIE DATENPRODUKTION
63
6.1 ZIELSETZUNGEN IN DER DATENPRODUKTION. 63
6.2 DER AUFBAU DES PROGRAMMS ZUR DATENPRODUKTION.
64
6.2.1 DIESTRUKTURDESPROGRAMMSXSECPROG.EXE.64
6.2.2 REKONSTRUKTION DER NORMSPUREN. 65
6
.
2.3
REKONSTRUKTION DES VERTEXSEGMENTS. 68
6
.
2.4
REKONSTRUKTION DER SPURSEGMENTE IN ML UND M2.72
6
.
2.5
DATENAUSGABE. 75
6.2.6 UEBERWACHUNG DER REKONSTRUKTIONSAUSBEUTEN.75
6
.
2.7
UEBERWACHUNG VON EFFIZIENZEN. 76
6.2.8 UEBERWACHUNG VON ALIGNMENTKONSTANTEN.
6.3
DURCHFUEHRUNG DER DATENPRODUKTION . 76
7
DATENSELEKTION UND STABILITAET DER MESSBEDINGUNGEN 78
7.1
DATENAUSWAHL. 7G
7.2
EINTEILUNG IN DATENSAETZE. 7G
7.3 AUSWERTUNG DER REKONSTRUKTIONSAUSBEUTEN . 7^
7.3.1 SINNVOLLE STABILITAETSPARAMETER. 7Q
INHALTSVERZEICHNIS
III
7.4 DETEKTOREFFIZIENZEN.
86
7.5 STABILITAET DES ALIGNMENTS. 87
8
IMPULSKORREKTUREN 89
8.1 UNTERSCHIEDLICHE IMPULSMESSUNG IN STRAHL-UND M2-SPEKTROMETER. 89
8.2 DIE IMPULSKORREKTUR. 89
9 DATENANALYSE 93
9.1 UEBERSICHT UEBER DIE ANALYSE. 93
9.2 VERFEINERUNG DER KRITERIEN FUER NORMSPUREN UND EINTEILUNG IN
BTRD-KLASSEN.94
9.2.1 SCHNITTE ZUR UNTERDRUECKUNG VON WECHSELWIRKUNGEN UND
HYPERONENZERFAELLEN . 94
9.2.2 SCHNITT AUF DEN SPURPHASENRAUM WEGEN BTRD-INEFFIZIENZ.96
9.2.3 EINTEILUNG IN BTRD-KLASSEN. 98
9.3 ZAEHLUNG TRANSMITTIERTER TEILCHEN. 98
9.3.1 TEILCHENIDENTIFIKATION HINTER DEM TARGET. 99
9.3.2 DREI METHODEN ZUR MESSUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE.103
9.4 TRANSMISSIONSVERHAELTNISSE UND PARTIELLE WIRKUNGSQUERSCHNITTE.104
9.4.1 EIN BLICK AUF TRANSMISSIONSVERHAELTNISSE BEI |'| 0.01 GEV
2
/C
2
.104
9.4.2 SPEKTREN UNKORRIGIERTER PARTIELLER WIRKUNGSQUERSCHNITTE .107
9.4.3 IST DIE MESSUNG SENSITIV AUF KOHAERENT ELASTISCHE STREUUNG AM KERN
?.108
9.5 KORREKTUR AUF EINFACHE COULOMBSTREUUNG UND
COULOMB-HADRONISCHE-INTERFERENZ.110
9.5.1 AUSWERTUNG DES COULOMBTERMS.110
9.5.2 AUSWERTUNG DES INTERFERENZTERMS .111
9.5.3 AUSWIRKUNG DER C- UND CH-KORREKTUR AUF PARTIELLE
WIRKUNGSQUERSCHNITTE.112
9.6 EXTRAPOLATION KORRIGIERTER PARTIELLER WIRKUNGSQUERSCHNITTE.113
9.6.1 DAS EXTRAPOLATIONSVERFAHREN.113
9.6.2 AUSWAHL VON F
M,YY .114
9.6.3 BEISPIEL FUER EINE EXTRAPOLATIONSFUNKTION.116
9.6.4 FEHLER DER EXTRAPOLATION.117
9.7 DIE RATENKORREKTUR.117
9.7.1 MANIFESTATION UND AUSWIRKUNG DES RATENEFFEKTS.118
9.7.2 BESCHREIBUNG UND KORREKTUR DER RATENABHAENGIGKEIT.118
9.7.3 AUSWIRKUNG DER RATENKORREKTUR.119
9.7.4 FEHLER DER RATENKORREKTUR.119
9.8 KONTAMINATIONSKORREKTUREN.120
9.8.1 AUSWIRKUNG VON FREMDTEILCHEN AUF DEN WIRKUNGSQUERSCHNITT .121
9.8.2 ERSTER SCHRITT: BESTIMMUNG DER FREMDTEILCHENKONTAMINATION MIT
HILFE DES BTRD-
SPEKTRUMS .123
9.8.3 ZWEITER SCHRITT: ABSCHAETZUNG DER FREMDTEILCHENKONTAMINATION IN DER
BARYONEN-
UND MESONENKOMPONENTE.125
9.9 WEITERE QUELLEN SYSTEMATISCHER FEHLER.128
9.9.1 VARIATION TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE MIT DER BTRD-KLASSE .128
9.9.2 SPILL ZU SPILL FLUKTUATIONEN DER TRANSMISSIONSVERHAELTNISSE.129
9.9.3 AENDERUNGEN IM SPEKTRUM PARTIELLER WIRKUNGSQUERSCHNITTE FUER E~
DURCH ZERFAELLE . . 130
9.9.4 UNGENAUIGKEIT DER TARGETDICHTE.132
9.10 ERGEBNISSE.132
9.10.1 ERGEBNISSE EINZELNER DATENSAETZE.132
9.10.2 MITTELUNG DER EINZELMESSUNGEN.133
INHALTSVERZEICHNIS
9.10.3 AUSWAHL EINER METHODE UND FORMULIERUNG DER ENDERGEBNISSE.136
9.10.4 DIE ENDERGEBNISSE.
]38
10
DISKUSSION DER MESSERGEBNISSE 140
10.1 VERGLEICH DER WIRKUNGSQUERSCHNITTE
ATOT{NAE) UND 7TOT{PA).140
10.2
VERGLEICH DER WIRKUNGSQUERSCHNITTE VON TEILCHEN UND ANTITEILCHEN.141
10.3 A-ABHAENGIGKEIT TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE.
141
10.4 VERHAELTNISSE TOTALER HADRONISCHER WIRKUNGSQUERSCHNITTE.
145
10.5 BESTIMMUNG VON 7{
0((E~P) UND CT{0T(7R_P) MIT EINER DIFFERENZMESSUNG.146
10.6 MODELLBESCHREIBUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE VON
NUKLEON-KEM-REAKTIONEN.148
10.6.1 MOTIVATION.
10.6.2 ANWENDUNG DES GLAUBERMODELLS . . . .
14
G
10.6.3 BERUECKSICHTIGUNG DER
INELASTIC-SCREENING-KORREKTUR.150
10.7 BESTIMMUNG VON 7{
0T(EIV) AUS VERHAELTNISSEN TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE.154
10.8 ABSCHAETZUNG DES EFFEKTIVEN POMERON-INTERCEPTS FUER
7
TOT(E~J).156
11
ZUSAMMENFASSUNG 15G
12
EIGENE BEITRAEGE 173
13
DANKSAGUNG 1
74
A AUFGEZEICHNETE DATEN ZUR MESSUNG TOTALER WIRKUNGSQUERSCHNITTE 177
B ZUSAMMENSTELLUNG SAEMTLICHER EINZELERGEBNISSE 17G
C
RECHNUNGEN ZUM GLAUBER-MODELL
184 |
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