Universität zu Köln

Oellers, Dieter Gerd Christian (2010). Polarizing a Stored Proton Beam by Spin-Flip? PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The present thesis discusses the extraction of the electron-proton spin-flip cross-section. The experimental setup, the data analysis and the results are pictured in detail. The proton is described by a QCD-based parton model. In leading twist three functions are needed. The quark distribution, the helicity distribution and the transversity distribution. While the first two are well-known, the transversity distribution is largely unknown. A self-sufficient measurement of the transversity is possible in double polarized proton-antiproton scattering. This rises the need of a polarized antiproton beam. So far spin filtering is the only tested method to produce a polarized proton beam, which may be capable to hold also for antiprotons. In-situ polarization build-up of a stored beam either by selective removal or by spin-flip of a spin-1/2 beam is mathematically described. A high spin-flip cross-section would create an effective method to produce a polarized antiproton beam by polarized positrons. Prompted by conflicting calculations, a measurement of the spin-flip cross-section in low-energy electron-proton scattering was carried out. This experiment uses the electron beam of the electron cooler at COSY as an electron target. The depolarization of the stored proton beam is detected. An overview of the experiment is followed by detailed descriptions of the cycle setup, of the electron target and the ANKE silicon tracking telescopes acting as a beam polarimeter. Elastic proton-deuteron scattering is the analyzing reaction. The event selection is depicted and the beam polarization is calculated. Upper limits of the two electron-proton spin-flip cross-sections "parallel" and "perpendicular" are deduced using the likelihood method.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Polarisationsaufbau eines gespeicherten Protonenstrahls durch Spin-Flip? German
Translated abstract:	Abstract Language In der vorliegenden Arbeit wird die Messung und Bestimmung des Elektron-Proton Spinflip Wirkungsquerschnittes vorgestellt. Der experimentelle Aufbau, die Datenanalyse und die Ergebnisse sind im Detail beschrieben. Das Proton wird durch ein QCD-basiertes Parton Modell beschrieben. In "leading twist" werden drei Funktionen benötigt. Es sind die Quarkdistribution, die Helizitätsdistribution und die Transversitydistribution. Obwohl die ersten beiden präzise gemessen sind, ist über die Transversitydistribution wenig bekannt. Eine von weiteren Messungen unabhängige Bestimmung der Transversitydistribution ist in doppelpolarisierten Proton-Antiproton Streuexperimenten möglich. Daraus erwächst der Wunsch, einen polarisierten Antiprotonenstrahl zu erzeugen. Bislang ist Spinfiltern die einzige an Protonen getestete Methode, die auch für Antiproton funktionieren kann. "In-situ" Polarisationsaufbau eines gespeicherten Spin-1/2 Strahls durch selektiven Verlust und selektiven Spinflip wird beschrieben. Ein großer Spinflip Wirkungsquerschnitt eröffnet eine effektive Methode, einen Antiprotonenstrahl zu polarisieren. Angetrieben durch sich wiedersprechende Berechnungen, wurde eine Messung des Spinflip Wirkungsquerschnittes in niederenergetischer Eletron-Proton Streuung durchgeführt. In diesem Experiment wird der Elektronenstrahl des Elektronenkühlers an COSY als freies Elektronentarget benutzt und die Depolarisation des gespeicherten Protonenstrahles gemessen. Einem Überblick über dem Experiment folgt eine detailierte Beschreibung der COSY Beschleunigerzyklen, des Elektronentargets und der Silizium Tracking Teleskope, die als Polarimeter betrieben wurden. Elastische Proton-Deuteron Streuung ist als Analysereaktion verwendet. Die Eventselektion ist beschrieben und die Polarisation des Protonenstrahles wurde berechnet. Obere Grenzen der zwei Elektron-Proton Spinflip Wirkungsquerschnitte "parallel" und "senkrecht" konnten mittels der Likelihood-Methode bestimmt werden. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Oellers, Dieter Gerd Christian d.oellers@yahoo.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-31200
Date:	2010
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > Forschungszentrum Jülich
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Polarisierte Strahlen , Speicherringe , Elektron-Proton Streuung , Antiprotonen German Polarized beams , Storage rings , Electron-proton scattering , Antiprotons English
Date of oral exam:	14 April 2010
Referee:	Name Academic Title Ströher, H. Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/3120