Proton-Lambda Final State Interaction and Polarization Observables Measured in the →pp → pKLamda Reaction at 2.7GeV/c Beam Momentum

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2015-01-15
Issue Year
2014
Authors
Hauenstein, Florian
Editor
Abstract

In this thesis the analysis of a measurement of the reaction with the COSY-TOF detector at the research facility Jülich is presented. In the measurement a polarized proton beam of momentum from the proton accelerator COSY is used to study features of the associated strangeness production close to the reaction threshold. The main goal of the presented analysis is the determination of the spin triplet scattering length from the data with a new theoretical method based on a dispersion integral approach. The scattering length is an important parameter for the study of the hyperon-nucleon interactions, which suffer yet from the scarce data. In the determination procedure a decisive role is played by the kaon analyzing power, which can be measured due to the use of a polarized beam. The results for the other polarization observables e.g. polarization and analyzing power and unpolarized observables, such as the Dalitz plot and the angular distributions, are also shown in the thesis. The polarization observables, which are more sensitive to the properties of the associated strangeness production than the unpolarized observables, are studied in detail in this thesis, and they are analyzed using associated Legendre polynomials.

A data sample with high statistics and low background is obtained by a modification of the read out process of the detector components and the high-resolution and precise straw tube tracker (STT), which is the main sub detector in the upgraded COSY-TOF. The final data sample consists of 207,219 kinematically fitted events, extracted by optimized selection criteria. From Monte Carlo simulations it is obtained that the contribution of the most prominent background channel in the data sample is only . The beam polarization is determined by elastic scattered events to be .

The obtained result for the polarization is surprising. The polarization as a function of is opposite to the result from a previous COSY-TOF measurement at beam momentum. The detailed study of the polarization results from all available COSY-TOF data shows that the contribution of the associated Legendre polynomial to the polarization changes smoothly from to with increasing beam momentum.

For the determination of the spin triplet scattering length, the kaon analyzing power is analyzed in terms of associated Legendre polynomials and invariant mass constraints in order to get the contribution of the symmetric polynomial as a function of the invariant mass. This contribution show nonzero values for low invariant masses (opposite to the previous measurement at ), and therefore the spin triplet scattering length could be extracted within this thesis. The obtained result is , which is compatible with recent theoretical predictions. In addition, an effective scattering length of is obtained, which is also used to study systematic errors and the influence of resonances on the extracted scattering lengths.

Abstract

In dieser Arbeit werden Analyse und Ergebnisse einer Messung der Reaktion mit dem COSY-TOF Detektor am Forschungszentrum Jülich präsentiert. Die Messung zur Untersuchung von Eigenschaften der assoziierten Strangenessproduktion nahe der Reaktionsschwelle erfolgte mit einem polarisierten Protonstrahl des Beschleunigers COSY bei einem Strahlimpuls von . Das wichtigste Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der spin triplet -Streulänge unter Verwendung eines neuen theore-ti-schen Verfahrens, welches auf einem Dispersionsintegralansatz basiert. Die Streulänge ist ein wichtiger Parameter für Untersuchungen der Hyperon-Nukleon Wechselwirkungen, wofür noch immer keine ausreichende Menge an Daten zur Verfügung stehen. Für die Bestimmung der spin triplet Streulänge ist die Kaonanalysierstärke entscheidend, welche mit Hilfe des polarisierten Strahls gemessen werden kann. Die Ergebnisse für die anderen Polarisationsgrößen, wie z.B. die -Polarisation oder die -Analysierstärke, und unpolarisierte Messgrößen, wie der Dalitz plot oder die Winkelverteilungen, werden ebenfalls in dieser Arbeit gezeigt. Die Po-la-ri-sa-ti-ons-grö-ßen sind sensitiver auf Eigenschaften der assoziierten Strangenessproduktion als die unpolarisierten Messgrößen und werden deshalb in dieser Arbeit im Detail untersucht, indem assozierte Legendre Polynome an die Ergebnisse gefittet werden.

Das Datensample für die weitere Analyse besitzt eine hohe statistische Genauigkeit und einen geringen Anteil an Untergrundreaktionen, welche durch eine Modifikation des Datenauslesesystems und dem hochauflösenden und präzisen Straw-Tube-Tracker, der im COSY-TOF Detektor eine zentrale Rolle spielt, erreicht werden. Letztlich beinhaltet das Datensample 207.219 kinematisch gefittete Ereignisse, die durch optimierte Schnitte bestimmt wurden. Der Anteil der wichtigsten Untergrundreaktion, , wurde mittels Monte Carlo Simulationen bestimmt und beträgt nur . Die Strahlpolarisation ist mit Hilfe von elastisch gestreuten Ereignissen bestimmt worden und beträgt .

Das Ergebnis für die -Polarisation ist überraschend. Im Vergleich zu einer früheren COSY-TOF Messung bei einem Strahlimpuls von ist das Verhalten der Polarisation als Funktion von genau umgekehrt. Die detaillierte Untersuchung aller Ergebnisse zur -Polarization von früheren COSY-TOF Messungen ergibt eine kontinuierliche Änderung des Beitrags des Polynoms zur -Polarisation von zu bei Erhöhung des Strahlimpulses.

Ebenfalls wurde die Kaonanalysierstärke in Abhängigkeit der invarianten Masse mittels assozierter Legendre Polynome gefittet. Dadurch erhält man den Beitrag des symmetrischen Polynoms zur Analysierstärke als Funktion der invarianten Masse für die Bestimmung der spin triplet -Streulänge. Im Vergleich zu einer früheren Messung bei ist dieser Beitrag für geringe Werte der invarianten Masse ungleich Null. Damit ist eine Bestimmung der spin triplet -Streulänge in dieser Arbeit möglich. Das Ergebnis ist . Dieses Ergebnis ist verträglich mit neueren theoretischen Vorhersagen. Die effektive -Streulänge wurde ebenfalls bestimmt und für die Untersuchung von systematischen Fehlern und den Einflüßen von Resonanzen auf den Wert der extrahierten Streulänge herangezogen.

DOI
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