Double pionic fusion [Elektronische Ressource] : towards an understanding of the ABC puzzle by exclusive measurements / vorgelegt von Mikhail Bashkanov

Bashkano

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• Publié par: eberhard_karls_universitat_tubingen
• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 25
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Double Pionic Fusion:
Towards an Understanding of the ABC Puzzle
by Exclusive Measurements
Dissertation
Zur Erlangung des Grades eines Doktors
der Naturwissenschaften
der Fakultät für Mathematik und Physik
der Eberhard -Karls-Universität Tübingen
vorgelegt vo n
Mikhail Bashkanov
aus Samara
2006






























Tag der mündlichen Prüfung: 11.12.2006
Dekan: Prof. Dr. N. S chopohl
1. Berichterstatter: Prof. Dr. H. Clement
2. Berichterstatter: Prof. Dr. W. Scobel
3. Berichterstatter: Prof. Dr. G. Wagner

Abstract
Unter dem ABC -Effekt versteht man eine riesige Überhöhung am unteren Ende
des Spektrums der invarianten Masse von zwei Pionen, die in der doppelt -pionischen
Fusion zu gebundenen nuklearen Systemen entstehen. Dieses eigenartige Phänomen
3konnte seit seiner erstmaligen Beobachtung 1960 in Messungen der He-Ejektile in der
3Reaktion pd ® HeX bisher nicht schlüssig erklärt werden. Ein Grund dafür ist, dass
alle bisherigen Messungen zu diesem Effekt inklusive Messungen waren, d.h . lediglich
mit Detektoren zum Nachweis des schweren Fragments durchgeführt wurden, was
bedeutet, dass nicht die vollständige experimentell zugängliche Information erfasst
wurde.
Daher wurden an CELSIUS/WASA erstmals vollständige exklusive
Messungen diese r Reaktion bei einer Energie von T = 0.895 GeV durchgeführt, bei der p
man das Maximum des ABC -Effekts erwartet. Damit wurden zum ersten Mal
kinematisch vollständige Daten hinreichender Statistik und getrennt nach Kanälen
3 0 0pd ® Hep pneutraler und geladener Pi onen, d.h. getrennt nach und
3 + - pd ® Hep p gemessen. Als Nebenprodukt wurden auch Ergebnisse zur Drei -
Pionen-Produktion erhalten.
Die neuen Messdaten sind konsistent mit den früheren inklusiven Messungen.
Sie liefern a ber weit umfangreichere Detailinformationen, die alle früheren
Erklärungsversuche ausschließen. Der jetzt zugängliche, kinematisch komplette
Datensatz enthüllt, dass die Überhöhung bei niedrigen pp-Massen (ABC -Effekt)
· nicht notwendigerweise mit einer Überhöhung bei großen pp-Massen
einhergeht,
· immer mit der gleichzeitigen Anregung von zwei D-Resonanzen verbunden ist,
· von skalar -isoskalarer Natur, d.h. ein s-Kanal-Phänomen ist,
· eine Dynamik im Reaktionssystem erfordert, die bisher nicht betrachtet wurde.

Verschiedene mögliche Lösungen werden in dieser Arbeit diskutiert. Alle von
ihnen erfordern eine starke Attraktion zwischen den beiden produzierten D-Teilchen – ein
Punkt, der bisher weder in theoretischen noch experimentellen Arbeiten untersucht
wurde.
Für die Analyse der Daten wurden neue leistungsfähige Methoden entwickelt,
die auf den Techniken neuraler Netze basieren. Laufende wie auch mögliche zukünftige
Anwendungen werden diskutiert.
3
Abstract
The ABC effect is a huge unexpected enhancement at twic e the pion mass in
the invariant mass spectrum of two pions, which are generated in double -pionic fusion to
bound nuclear systems. This peculiar phenomenon has been missing a conclusive
explanation all the time since it has been discovered 1960 in single -arm measurements of
33He ejectiles in the reaction pd ® HeX . One reason for this failure has been that all
measurements to this subject have been inclusive, i.e., lacking t he full experimentally
accessible information. Hence exclusive measurem ents were performed at
CELSIUS/WASA at an energy of T = 0.895 GeV , where the ABC effect is expected to
p
be strongest. For the first time exclusive data of solid statistics for both the
3 0 0 3 + -pd ® Hep p and pd ® Hep p reactions were obtained including also results for
the three -pion production total cross -section.
The new data are consistent with the previous inclusive data. They provide,
however, much more additional information, which rule out all previous explications of
the ABC effect. The now available kinematically complete set of data reveals that the
low ππ-mass enhancement (ABC -effect)
· is not necessarily associated with a high ππ-mass enhancement,
· is always connected with the simultaneous excitation of two Δ resonances,
· is of scalar -isoscalar nature, i.e. a σ -channel phenomenon,
· requires dynamics in the r eaction system, which has not been considered
hitherto.
Various possible solutions are discussed, however, all of them demand a high attraction
in the DD system — a point, which has never been touched so far in theoretical and
experimental investigations.
For this data analysis new powerful methods based on neural nets have been
developed. Their current and possible future applications are discussed.
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There is a remarkably close parallel between the
problems of the physicist and those of the
cryptographer. The system on which a message is
enciphered corresponds to the laws of the universe, the
intercepted messages to the evidence available, the
keys for a day or a message to important constants
which have to be determined. The correspondence is
very close, but the subject matter of cryptography is
very easily dealt with by discrete machinery, physics
not so easily.

--Alan Turing

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Contents
1 Introduction..............................................................................8
1.1 Experimental results in the ABC field........................9
1.2 Theoretical status of the ABC effect.........................10
2 Experimental setup .................................................................13
2.1 The Theodor Svedberg Laboratory (TSL)................13
2.2 The CELSIUS accelerator and storage rin g.............13
2.3 The pellet target .............................................................................................14
2.4 The WASA detector.....................14
2.4.1 The Forward Detector (FD)....................................15
2.4.2 The Central Detector (CD) ......................................20
2.4.3 The Zero -degree detector........22
2.4.4 The Data Acquisition System (DAQ) and the Trigger system. ..............23
3 Analysis Tools .........................................................................25
3.1 Theoretical aspects of Neural Nets............................25
3.1.1 Neural Nets! Why and how.....................................25
3.2 Software packages ........................................................27
3.2.1 Ntuple Track Format (NTF). ...................................27
3.2.2 Event processing after W4P....................................30
3.2.3 Particle Identificatio n..............30
3.2.4 Angle correction for forward tracks ........................................................34
3.2.5 Angle correction for Central tracks.........................35
3.2.6 E ® E for forward going deuterons.................35 dep kin
33.2.7 E ® E for forward going He particles ............................................36 dep kin
3.2.8 E ® E for charged pions in the CD.................39 dep kin
3.3 Automatic calibration procedure with the neural net ..............................40
3.3.1 Selection of the data for the calibration. .................................................41
3.4 Outlook...........................................................................45
4 Analysis...................47
3
4.1 Kinematics of pd ® HeX reactions .........................................................47
3
4.2 Selection of the pd ® .......................48
04.2.1 Single and double π selection................................50
+ -4.2.2 π π selection. ..........................................................................................52
4.3 Kinematical fit (Kfit)....................53
4.4 Efficiency and acceptance corrections. .....................................................54
6
5 Results.....................................................................................56
5.1 Total cross section........................56
5.2 Invariant mass distributions........................................59
5.3 Angular distributions. ...................................................62
6 Discussion: “Towards the na ture of the ABC effect”. .........65
6.1.1 The traditional ΔΔ model ........................................................................65
6.1.2 Fermi momentum of a nucleon inside nuclei..........67
6.1.3 Bound ΔΔ system....................68
6.1.4 ΔΔ FSI .....................................71
6.1.5 Energy dependence of the total cross section. ........................................72
6.1.6 Comparison with the basic ππ production process..74
6.1.7 Medium modifications ............................................75
6.1.8 Contribution of the three -pion production in the inclusive spect