Deeply virtual Compton scattering off an unpolarized hydrogen target at the HERMES experiment [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Dietmar Zeiler

Deeply Virtual Compton Scattering oan Unpolarized Hydrogen Target at theHermes ExperimentDer Naturwissenschaftlichen Fakultat¨der Friedrich-Alexander-Universitat¨ Erlangen-Nurnberg¨zurErlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat.vorgelegt vonDietmar Zeileraus Nurnberg¨iiAls Dissertation genehmigtvon der Naturwissenschaftlichen Fakultat¨der Universitat Erlangen-Nurnberg¨ ¨Tag der mundlichen¨ Prufung:¨ 06.10.2009Vorsitzender derPrufungskommission:¨ Prof. Dr. Eberhard Bansch¨Erstberichterstatter: Prof. Dr. K. RithZweitberichterstatter: Prof. Dr. M. Dur¨ eniiiivDedicated to my wife.vviContents vii1 Introduction 12 Theory 32.1 Exclusive lepto–production of a real photon . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Kinematic definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Cross section of the exclusive lepto–production of a real photon . . . . 62.4 Generalized Parton Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.4.1 Properties of GPDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4.2 The ‘VGG model’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.4.3 The ‘Dual–GT model’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.4.4 The ‘CFF–KM ansatz’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.5 Experimental observables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.5.1 Beam–helicity related azimuthal asymmetries . . . . . . . . . . 162.5.
Publié le : jeudi 1 janvier 2009
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Nombre de pages : 171
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Deeply Virtual Compton Scattering o
an Unpolarized Hydrogen Target at the
Hermes Experiment
Der Naturwissenschaftlichen Fakultat¨
der Friedrich-Alexander-Universitat¨ Erlangen-
Nurnberg¨
zur
Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat.
vorgelegt von
Dietmar Zeiler
aus Nurnberg¨iiAls Dissertation genehmigt
von der Naturwissenschaftlichen Fakultat¨
der Universitat Erlangen-Nurnberg¨ ¨
Tag der mundlichen¨ Prufung:¨ 06.10.2009
Vorsitzender der
Prufungskommission:¨ Prof. Dr. Eberhard Bansch¨
Erstberichterstatter: Prof. Dr. K. Rith
Zweitberichterstatter: Prof. Dr. M. Dur¨ en
iiiivDedicated to my wife.
vviContents vii
1 Introduction 1
2 Theory 3
2.1 Exclusive lepto–production of a real photon . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Kinematic definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Cross section of the exclusive lepto–production of a real photon . . . . 6
2.4 Generalized Parton Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4.1 Properties of GPDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4.2 The ‘VGG model’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.3 The ‘Dual–GT model’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4.4 The ‘CFF–KM ansatz’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5 Experimental observables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5.1 Beam–helicity related azimuthal asymmetries . . . . . . . . . . 16
2.5.2 Beam–charge azimuthal asymmetry and relations between Fourier
coecients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3 The Hermes experiment 21
3.1 The Hera storage ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2 The Hermes target . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3 The H Forward Spectrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3.1 Tracking system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3.2 Momentum reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3.3 Particle identification system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3.4 Trigger system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3.5 Luminosity monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3.6 Alignment procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4 The Hermes Recoil Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.1 Recoil Silicon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.2 Scintillating Fiber Tracker . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.4.3 Recoil Photon Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4 DVCS analysis 37
4.1 Data quality requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2 Event selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
viiCONTENTS
4.2.1 Selection of DIS events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.2 of the real photon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2.3 Selection of exclusive events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3 Studies based on real data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3.1 Cross–check . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3.2 Year–by–year data comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.3 Calorimeter calibration and the missing mass shift . . . . . . . . 46
4.3.4 Eciencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.4 MC studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.4.1 MC generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.4.2 Data–MC–comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4.3 Kinematic resolutions and choice of binning . . . . . . . . . . . 56
4.5 Extraction of azimuthal amplitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.5.1 Choice of the ML fitting method . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.5.2 Application of the EML to the DVCS analysis . . . . . . 59
4.6 Systematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.6.1 Choice of the fit function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.6.2 Eciency corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6.3 Missing mass shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.6.4 Background corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.6.5 The ‘Four–in–one’ MC study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.6.6 Summary of systematic uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . 82
5 Results 83
5.1 Former Hermes results on DVCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.2 Comparison to former results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.3 DVCS azimuthal asymmetry amplitudes o an unpolarized hydrogen
target . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.3.1 One-dimensional binning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.3.2 Two-dimensional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3.3 Comparison to results o the unpolarized deuterium target . . 96
5.4 Missing mass dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.5 Extraction of the CFFH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6 Calibration and Performance of the Hermes Recoil Silicon Detector 109
6.1 Data taking and online corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.2 Data processing and oine corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.2.1 Hermes Decoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.2.2 External Tracking Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.3 Energy calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.4 Performance of the SD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.4.1 Recoil tracking algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.4.2 PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.4.3 Eciency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
viiiCONTENTS
7 Outlook 137
8 Summary 141
A List of Figures 143
B List of Tables 147
C List of Acronyms 149
D Bibliography 151
ixCONTENTS
x

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