Universität zu Köln

Measurement of Nucleon-Nucleon Elastic Scattering at Small Angles using the ANKE spectrometer

Bagdasarian, Zara (2016) Measurement of Nucleon-Nucleon Elastic Scattering at Small Angles using the ANKE spectrometer. PhD thesis, Universität zu Köln, Staatliche Iwane-Dschawachischwili-Universität Tiflis.

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    Abstract

    A fundamental understanding of the nucleon-nucleon (NN) interaction is one of the ultimate goals of nuclear and hadron physics. Apart from their intrinsic importance for the study of nuclear forces, NN elastic scattering data are necessary, for example, in the modelling of meson production and other nuclear reactions at intermediate energies. Quantum chromodynamics, the theory of strong interactions, is not able to determine the NN interaction from first principles because of its non-perturbative nature at intermediate energies (the coupling constants are too strong). Hence, phenomenological approaches are necessary to describe the NN interaction. Partial wave analyses (PWA), such as the ones regularly performed by the SAID (Scattering Analysis Interactive Dial-in) group, have proved to be truly invaluable tools over many years for researchers in this area. These analyses rely on the quantity and quality of the experimental measurements of various proton-proton (pp) and proton-neutron (pn) scattering observables at different energies over the full angular ranges. The goal of many experiments conducted at Cooler Synchrotron (COSY) has been to provide PWA with the precision measurements of NN observables that are essential for these analyses. The experiments presented in this thesis have been carried out within the ANKE collaboration at COSY-Jülich, Germany. Data were obtained using polarised or unpolarised proton beams with kinetic energies from 0.8 GeV up to 2.8 GeV and unpolarised hydrogen or deuterium cluster-jet targets. The detection system of the ANKE spectrometer is the ideal set-up for carrying out refined measurements at the small scattering angles that had not previously been investigated. The thesis comprises the measurements of the analysing power Ay and differential cross section in pp elastic scattering, and preliminary results for the analysing power in the pn quasi-free elastic scattering. These new data close an important gap in the NN database at scattering angles up to 30�° and energies up to 2.8 GeV. The results obtained are compared to the predictions from the SAID PWA published in 2007 that were based on data from earlier experiments. The impact of the present results is demonstrated by the significant changes in the low partial waves of the updated SAID PWA, which includes the new ANKE measurements as well as the existing global data.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Ein fundamentales Verständnis der Nukleon-Nukleon (NN) Wechselwirkung ist eines der wichtigsten Ziele der Kern- und Hadronenphysik. Neben ihrer zentralen Bedeutung für die Erforschung der Kernkräfte, sind Daten für elastische NN Streuung erforderlich, zum Beispiel bei der Modellierung von Mesonproduktion und anderen Kernreaktionen bei mittleren Energien. Die Theorie der starken Wechselwirkung, Quantenchromodynamik, ist nicht in der Lage, die NN Wechselwirkung ab initio zu bestimmen, wegen der nichtstörungstheoretischen Natur bei mittleren Energien (die Kopplungskonstante ist zu stark). Daher sind phänomenologische Ansätze notwendig, die NN Wechselwirkung zu beschreiben. Partialwellenanalysen (PWA), z.B. jene, die regelmäßig von der SAID (Scattering Anlysis Interactive Dial-in) Gruppe durchgeführt werden, haben sich als wirklich wertvolle Werkzeuge für Forscher in diesem Bereich erwiesen. Eine solche Analyse hängt stark ab von der Quantität und Qualität der experimentellen Messungen verschiedener Observablen von Proton-Proton (pp) und Proton-Neutron (pn) Streuung bei verschiedenen Energien und über den gesamten Winkelbereich. Das Ziel vieler Experimente, die am Cooler Synchrotron (COSY) durchgeführt werden, ist, PWA mit den grundlegenden Präzisionsmessungen von NN Observablen zur Verfügung zu stellen. Die Experimente dieser Arbeit wurden an COSYJülich von der ANKE Kollaboration durchgeführt. Für die Messungen wurden polarisierte oder unpolarisierte Protonenstrahlen und unpolarisierter Wasserstoff oder Deuterium als Clusterjet-Target benutzt. Das Detektionssystem des ANKESpektrometer ist die ideale Einrichtung für präzise Messungen bei kleinen Streuwinkeln, die bisher nicht untersucht worden sind. Die Dissertation beinhaltet die Messungen der Analysierstärke und differentiellen Wirkungsquerschnitte in der pp elastischen Streuung und die vorläufigen Ergebnisse für die Analysierstärke Ay in pn quasi-freier elastischer Streuung. Diese neuen genauen Daten schließen eine wichtige Lücke in der NN Datenbank bei kleinen Streuwinkeln bis zu 30° und Energien bis zu 2.8 GeV. Die erhaltenen Ergebnisse werden verglichen mit den SAID 2007 PWA, die auf Daten aus früheren Experimenten beruhen. Die Auswirkungen der vorliegenden Ergebnisse in Gestalt von signifikanten Veränderungen in den niedrigen Partialwellen der aktualisierten SAID PWA werden demonstriert.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Bagdasarian, Zaraz.bagdasarian@fz-juelich.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-73681
    Subjects: Physics
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Nucleon-nucloen scattering, spin observables, proton-proton elastic scattering, analysing power, cross section, proton-neutron quasi-elastic scatteringUNSPECIFIED
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Kernphysik
    Language: English
    Date: 17 February 2016
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 11 April 2016
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 13 Feb 2017 13:32:55
    Referee
    NameAcademic Title
    Ströher, HansProf. Dr.
    Lomidze, NodarDr.
    Eliashvili, MerabProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/7368

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