Investigation of Meson Production at COSY-TOF Using the Analysis Framework TofRoot

• Main Author: Schulte-Wissermann, Martin
• Other Authors: Technische Universität Dresden, Mathematik und Naturwissenschaften, Physik, Institut für Kern- und Teilchenphysik
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden 2004
• Subjects: Datenanalyse; Deuteron; Meson; Omega; Vektor; data-analysis; deuteron; meson; omega; vector; ddc:530; rvk:UO 6200; Vektormeson
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:14-1098884274765-15485; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:14-1098884274765-15485; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/1189/1098884274765-1548.pdf

The TOF-spectrometer located at the proton accelerator COSY (Juelich) stands out for experimental versatility. This is due to its modular setup: about ten subdetectors can be be arranged to satisfy the individual requirements of specific experiments. However, this flexibility hampers the calibration and the data analysis, since for each new detector setup the software has to be adjusted as well. Therefore, a new analysis framework (TofRoot) has been developed. A set of concepts is used that enables teamwork and leads to an efficient data-analysis, even for different beamtimes. Using TofRoot, three reactions are analyzed - each for two different beam momenta (2950 MeV/c, 3200 MeV/c): Firstly, the elastic proton-proton scattering. It is used to determine the luminosity and to extract benchmark results for the detector performance. Secondly, the reaction pp->deutoron-piplus is studied. Total as well as differential cross sections are presented, which nicely fit into the word data set. Finally, the vector-meson production (omega) is investigated which is the scientific focus of this work. Here, the theoretical and experimental knowledge is presently rather scarce. However, the elementary reaction dynamics is needed as an inevitable prerequisite in many fields of physics; e.g. the short range part of the nucleon-nucleon force, the description of extremely dense matter, the strangeness content of nucleons. After a detailed description of the analysis strategies, total cross sections, angular distributions, and invariant-mass spectra are presented. Some of the findings are completely new, and all provide smaller experimental uncertainties with respect to the available word data set. Finally, the results are embedded into the existing body of data and their implication on the theoretical models is discussed. === Das TOF-Spektrometer am Protonen-Beschleunigerring COSY (Juelich) besticht durch seine experimentelle Vielseitigkeit, da der modulare Aufbau aus ca.~zehn Subdetektoren eine individuelle Anpassung an spezifische experimentelle Erfordernisse ermoeglicht. Diese Flexibilitaet erschwert jedoch die Kalibrierung und die Datenauswertung, da die Software nach jedem Umbau angepasst werden muss. Daher wurde das Analyseframework TofRoot entwickelt, welches durch einen Satz von Strategien eine effiziente und teamorientierte Auswertung ermoeglicht, sogar fuer verschiedene Strahlzeiten. Mit Hilfe von TofRoot wurden drei Reaktionskanaele analysiert, jeweils fuer zwei Strahlimpulse (2950 MeV/c, 3200 MeV/c): Zuerst die elastische Proton-Proton Streuung, welche der Luminositaetsbestimmung dient und an Hand derer die Guete des Detektorsystems und der Kalibration veranschaulicht wird. Anschliessend folgt die Reaktion pp->deuteron-piplus, bei der die extrahierten Winkelverteilungen und totalen Wirkungsquerschnitte sich widerspruchsfrei in die vorhandene Datenbasis einordnen. Schliesslich wird die Vektormesonenproduktion (omega) untersucht, die den wissenschaftlichen Fokus dieser Arbeit darstellt. In diesem Kanal ist die experimentelle Datenbasis duenn und die theoretische Beschreibung bislang unvollstaendig. Ein gutes Verstaendnis der omega-Produktionsdynamik ist aber unabdingbar fuer die theoretische Beschreibung vieler Felder moderner Physik, z.B. des kurzreichweitigen Teils der Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung, extrem dichter Materie und des Strangenessanteils im Nukleon. Nach einer detailierten Beschreibung der Analysestrategien werden totale Wirkungsquerschnitte, Winkelverteilungen und Spektren invarianter Massen vorgestellt. Verglichen mit vorhandenen Daten sind alle Angaben mit kleineren experimentellen Unsicherheiten behaftet, und zum Teil erschliessen sie zuvor nicht zugaengliche Groessen. Abschliessend werden die Ergebnisse in die vorhandene experimentelle Datenbasis eingeordnet, und ihre Auswirkung auf theoretische Modelle wird diskutiert.