Elektroproduktion von pi+ -Mesonen an 3He und das Studium von Mediumeffekten

• Main Author: Kohl, Michael
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2001
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/168/1/dis_kohl.pdf; Kohl, Michael <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Kohl=3AMichael=3A=3A.html> : Elektroproduktion von pi+ -Mesonen an 3He und das Studium von Mediumeffekten. [Online-Edition] Technische Universität, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2001)

Im Rahmen dieser Arbeit wurden hochauflösende Koinzidenzexperimente zur Elektroproduktion von pi+-Mesonen an 3He mit der Dreispektrometer-Anlage der A1-Kollaboration am Elektronenbeschleuniger MAMI des Instituts für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz durchgeführt. Diese Experimente an 3He stellen einen Beitrag des Instituts für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt dar. Ziel der Experimente war es, anhand der kinematisch vollständigen Reaktion 3He(e,e'pi+)3H den Einfluß des Kernmediums auf die Eigenschaften des Pions und der Delta(1232)-Resonanz zu studieren. Dazu wurde zunächst das bei tiefen Temperaturen und hohen Drücken betriebene 3He-Gastarget mit der Erprobung und Verwendung einer neuartigen Targetzelle sowie durch eine Änderung des Aufbaus der Kälteversorgung deutlich verbessert. Hierdurch wurde ein stabiler Betrieb des Targets bei einer Temperatur T = 20 K, einem Druck p = 20 bar und Strahlströmen bis zu 40 muA ermöglicht. Um die Unterdrückung von Untergrundereignissen durch zufällige Koinzidenzen und die Genauigkeit der Pionzerfallskorrektur zu optimieren, wurden mit einem gepulsten Elektronenstrahl die Längen der Teilchenbahnen durch die Spektrometer kalibriert und damit eine Auflösung der Koinzidenzzeit von 750 ps (FWHM) erreicht. Zwei experimentelle Methoden fanden Anwendung. Zum einen wurde bei einem konstanten Viererimpulsübertrag Q2 = 0.100 (GeV/c)2 in paralleler Kinematik die Einschußenergie zwischen 555 und 855 MeV variiert, um die longitudinalen (L) und transversalen (T) Anteile des differentiellen Wirkungsquerschnitts zu separieren. Zum anderen wurde bei einer Einschußenergie von E0 = 855 MeV und einem Viererimpulsübertrag Q2 = 0.100 (GeV/c)2 die Winkelverteilung der Pionen bezüglich der Impulsübertragsrichtung in einem großen Bereich gemessen, um den longitudinal-transversalen Interferenzterm (LT) zu extrahieren. Die experimentellen Daten werden mit Modellrechnungen verglichen, die auf der elementaren Pionproduktionsamplitude basieren und neben Borntermen die Anregung der Delta- und höherer Resonanzen beinhalten. Des weiteren gehen Dreiteilchen-Faddeev-Wellenfunktionen sowie die Endzustandswechselwirkung des auslaufenden Pions in die Rechnung ein. Die experimentellen Wirkungsquerschnitte werden von dem Modell erst reproduziert, wenn zusätzliche Mediummodifikationen des Pions und des Delta-Isobars in Form von Selbstenergietermen berücksichtigt werden. Aus der Selbstenergie des Pions folgt im Rahmen der Chiralen Störungstheorie eine effektive Masse des pi+-Mesons von mpi+* = (137.9 ± 2.1) MeV/c2 im neutronenreichen nuklearen Medium bei einer Dichte von rho = 0.057 fm-3, d.h. die pi+-Masse verringert sich um Delta mpi+ = -(1.7 ± 2.1) MeV/c2, wenn es in 3H propagiert. Die aus früheren Daten der pi0-Photoproduktion an 4He extrahierte Delta-Selbstenergie ist mit den Ergebnissen des vorliegenden Experiments verträglich. Hieraus folgt ein Anstieg der Masse und der Zerfallsbreite der Delta-Resonanz im Kernmedium von Delta MDelta = (40 - 50) MeV/c2 und Delta GammaDelta = (60 - 70) MeV im untersuchten kinematischen Bereich. Mit der Zielsetzung, nach Delta-Beimischungen im 3He-Grundzustand zu suchen, sind darüber hinaus Messungen der Dreifachkoinzidenzreaktion 3He(e,e'p pi+)nn durchgeführt worden. Die im Rahmen dieser Arbeit optimierte Koinzidenzzeitauflösung bildet die Grundlage für die Analyse der Daten dieses schwierigen Experimentes.