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Experimente mit reellen Photonen

Vortrag von Daniel Pätzold. Experimente mit reellen Photonen. Übersicht. Motivation Nukleon Anregungsspektren N→Δ – Übergang Photoproduktion neutraler Pionen Experiment Technische Anforderungen Photonerzeugung Detektoren Ergebnisse. 2. Einige Phänomene der Nukleonen.

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Experimente mit reellen Photonen

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Presentation Transcript

  1. Vortrag von Daniel Pätzold Experimente mit reellen Photonen

  2. Übersicht • Motivation • Nukleon • Anregungsspektren • N→Δ – Übergang • Photoproduktion neutraler Pionen • Experiment • Technische Anforderungen • Photonerzeugung • Detektoren • Ergebnisse 2

  3. Einige Phänomene der Nukleonen • Anomales magnetisches Moment • Ausdehnung (Ladungsradius) • „Formfaktoren der Nukleonen“ • Anregungsspektren • Polarisierbarkeit • Quarkstruktur • „Quarks im Nukleon“ 3

  4. Experimente mit e.-m. Sonden • Spektroskopie • Untersuchung der Zerfallprozesse angeregter Zustände • Anregung über • Reelle Photonen: q²=0 • Virtuelle Photonen: q²≠0 (→m ≠0) 4

  5. Atomspektren • Anregungsenergien im Bereich von einigen eV • Wohl separierte Zustände 5

  6. 5 MeV e 12C -> e' p X Kernspektren • Anregungsenergien von keV bis MeV • Ebenfalls separierte Zustände 6

  7. Nukleonspektren • Anregungsenergien im Bereich von MeV-GeV • Größere Zustandsbreiten → höhere Zustände überlappen (→ außerdem kurzlebiger) • Δ(1232)-Resonanz (relativ separat) 7

  8. Wirkungsquerschnitt • Überhöhungen im totalen Photo- absorptionsquerschnitt • Relativ separates Resonanz- gebiet bei 340 MeV →Δ(1232) • Überlappungen (im Gegensatz zu Atom- bzw. Kernspektren)

  9. N→Δ – Übergang • E.-m. Multipolanregung: • Magnetische Dipolanregung (M1) • einfacher Spinflip-Übergang • Elektrische Quadupolanregung (E2) 9

  10. Zerfallskanäle der Δ-Resonanz • Totaler Photoabsorptions-querschnitt mit Aufspaltung in die verschiedenen Zerfallskanäle 10

  11. Untersuchung der Δ-Resonanz • J=? (Spin) • P=? (Parität) • Kopplungen 11

  12. Erhaltungssätze • Energie (→ Rekonstruktion des Pions) • Ladung • Parität • Bahndrehimpuls und Spin • (Baryonen - und Leptonenzahl) • (Isospin) 12

  13. ½+ ½+ 3/2+ l l =1 1- 0- Beispiel (JP(Delta)= 3/2+) • Gesamtdrehimpuls → lpi = {1 oder 2} • Parität → nur Lpi = 1 möglich → mögliche Multipolanregungen: M1 → 5 – 3 cos² θ E2 → 1 + cos² θ 13

  14. Neutrales Pion ( p → 0 p) Masse: 134,97 MeV/c² Lebensdauer: 86*10-9 ns Zerfall: 0 →  (98,8%) 14

  15. Rekonstruktion (1) • Invariante Masse • Nachweis der Photonen: 0 →  15

  16. Rekonstruktion (2) • Missing mass mx=m0 • Nachweis des Protons: p → xp

  17. Anforderungen an das Experiment( p → 0p) • Photonenstrahl: • bekannte Energien (quasi monochromatisch) → Energiebereich des gesamten Resonanzgebietes • Polarisiert • Detektor: • große Raumwinkelabdeckung (Winkelverteilungen! ) • Energie- und Winkelauflösung (inv. Masse!) • Zeitauflösung (unkorrelierte Ereignisse unterdrücken!) 17

  18. Erzeugung des Photonenstrahls • Bremsstrahlung • Comptonstreuung

  19. Energie-Markierungsanlage (Tagger)

  20. Bremsstrahlung • Energiebilanz: • Bremsstrahlung-spektrum: • kontinuierlich • dσ/dE rund 1/ E

  21. Two Arms Photon Spectrometer (TAPS) • Flüssiges Wasserstofftarget • 504 BaF2 – Detektoren

  22. BaF2 – Detektor

  23. Anorganische z.B. BaF2, NaI Kristalle mit Aktivator-zentren dotiert Elektronen-Loch-Paare Abklingzeiten: einige 100 ns Einsatz: Gamma - Detektoren Szintillatoren Organische z.B. Plastikszintillatoren • Organische Moleküle • Fluoreszenzanregung der Moleküle • Kurze Abklingzeiten Einsatz: Elektronennachweis

  24. Invariante Massenspektrum Von TAPS

  25. Winkelverteilungen → M1 dominiert (5 – 3 cos² θ )

  26. Crystal Ball

  27. Invariantes Massenspektrum von Crystal Ball

  28. Zusammenfassung • Q2 = 0 • Atom-, Kern-, Nukleonspektrum • N→Δ – Übergang, M1  p →Delta → 0p • Invariante Masse • Bremsstrahlung tagging • TAPS • Crystalball

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