Exclusive _r63_1hn0 [rho 0] production measured with the Hermes recoil detector [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Roberto Francisco Pérez-Benito

Pérez-Benito, Roberto Francisco

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• Publié par: justus-liebig-universitat_giessen
• Publié le: 01 janvier 2010
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• Langue: Deutsch
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Extrait

0
Exclusive ρ Production
measured with the Hermes Recoil Detector
Inaugural-Disertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften
der Justus-Liebig-Universität Gießen
des Fachbereich 07
(Mathematik und Informatik, Physik, Geographie)
vorgelegt von
Roberto Francisco Pérez Benito
aus Paris, France
II. Physikalisches Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen
Juli 2010Dekan: Prof. Dr. Christian Diller
1. Berichterstatter: Prof. Dr. Michael Düren
2. Berichterstatter: Prof. Dr. Alfred Müller«Men are haunted by the vastness
of eternity
And so we ask ourselves...
...will our actions echo
across the centuries?
Will strangers hear our names
long after we’re gone...
...and wonder who we were...
...how bravely we fought...
... how fiercely we loved?»
«If they ever tell my story, let them say
I walked with Giants.
Men rise and fall like the winter wheat
but these names will never die.
Let them say I lived in the time of Hector
tamer of horses.
Let them say
I lived in the time of Achilles.»
Odysseus
Troy (2004), based on Homer’s - “The ILIAD”Zusammenfassung
Das Hermes Experiment ( HERa Measurement of Spin ) am Desy wurde entwickelt um die Spinstruktur
der Nukleonen in semiinklusiver tiefinelastischer Streuung zu studieren. Die detaillierte Untersuchung der
internen Struktur der Nukleonen ergab, dass der Beitrag des intrinsischen Spins zum Gesamtspin des
Nukleons nur ca. 30% beträgt. Um die fundamentalen Strukturen des Nukleons zu verstehen wurde ein neuer
Formalismus, genannt General Parton Distributions (GPDs), entwickelt, der die innere Struktur des Nukleons
beschreibt. Zugang zu diesen GPDs gewährt die Messung von harten exklusiven Reaktionen und Prozessen,
die in GPD-Funktionen ausgedrückt werden. Die akkumulierten Hermes Daten ermöglichen Zugriff auf die
GPDs in verschiedenen Kombinationen von Strahlladung und Target Helizitätsasymmetrien.
Um die Exklusivität der Messung zu verbessern und um die Auflösung der kinematischen Variablen zur Un-
tersuchungderhartenexklusivenProzessezuerhöhen,dieZugriffaufdieGPDsgewährenunddieMöglichkeit
derBerechnungdesorbitalenDrehimpulseseröffnen,wurdeimJanuar2006derRückstoß-Detektorinstalliert,
der das interne Gas-Target des Hermes Experiments umschließt.
Der Rückstoß-Detektor besteht aus drei Komponenten: Einem Silizium-Zähler innerhalb der Streukammer,
einem Detektor aus szintillierenden Fasern und einem Photon-Detektor. Alle drei Detektoren wurden
innerhalb des Solenoid des Magneten platziert, der ein Magnetfeld von 1T Stärke bereitstellt. Der Rückstoß-
Detektor verbessert, zum einen durch das direkte Messen des Impulses und der Pfadrichtung des zurück
gestoßenen Teilchens und zum anderen durch Ausschluss des nichtexklusiven Hintergrundes, die Selektion der
exklusiven Ereignisse. Der Detektor war hierbei ein ausgezeichnetes neues Werkzeug, um Energiemessungen
und Positionsmessungen für geladene Teilchen in einem Impulsbereich von 0.1 GeV/c bis 1.4 GeV/c zu kom-
binieren. Der Rückstoßdetektor war bis zur Einstellung des Hera-Betriebes im Juli 2007 voll funktionsfähig
und nahm kontinuierlich Daten.
In dieser Arbeit berichten wir über die Performance des Rückstoßdetektors und im Speziellen über die des
DetektorsausszintillierendenFasern,deranderJustus-Liebig-UniversitätGießengebautwurde.DieseArbeit
behandeltunteranderemdieinterneAusrichtung,dasmapping,denLichtleitertest,dieDatenqualitätsanalyse
und das online Überwachungssystem. Die Effizienz des szintillierenden Faser Detektor wird in dieser Arbeit
0bestimmt. Eine erste Analyse der exklusiven ρ aus den letzten Daten (07c2) wurde durchgeführt und die
verbesserte Auswahl der exklusiven Ereignisse mit dem Rückstoßdetektor wurde demonstriert.Abstract
The Hermes experiment (HERa MEasurement of Spin) at Desy was designed to study the spin structure
of the nucleon in semi-inclusive deep inelastic scattering. The internal structure of the nucleon has been
investigated in detail and it has been measured that the intrinsic quark spin contribution is only about
30% of the total spin of the nucleon. A formalism to describe the internal structure of the nucleon called
Generalised Patron Distributions (GPDs) was developed recently to understand the fundamental structure of
the nucleon. These GPDs can be accessed by the measurement of hard exclusive reactions and hard exclusive
processes that can be understood in terms of GPDs. The accumulated Hermes data offer access to GPDs in
different combinations of beam charge and beam and target helicity asymmetries.
To improve exclusivity and to enhance the resolution of kinematic variables to study hard exclusive processes
which provide access to the GPDs and hence to the orbital angular momentum of the quarks, in January
2006 a Recoil Detector was installed that surrounded the internal gas target of the Hermes experiment.
The Hermes Recoil Detector consisted of three components: a silicon strip detector inside the vacuum, a
scintillating fiber tracker and the photon detector. All three detectors were located inside a solenoidal magnet
which provided a 1T longitudinal magnetic field. The Recoil Detector improves the selection of exclusive
events by a direct measurement of the momentum and track position of the recoiling particle as well as by
rejecting non-exclusive background. This detector was an ideal novel tool to combine energy and position
measurements for charged particles in a momentum range of 0.1 to 1.4 GeV/c. The Recoil Detector was
fullycommissionedandoperating.DatawastakencontinuouslyuntilthefinalHerashutdowninJulyof2007.
In this thesis we report on the performance of the Recoil Detector and more specificly about the scintillating
fiber tracker which was built in the Justus-Liebig Universität Giessen. Alignment run, mapping, light guide
test, gain monitoring system, pedestal stability, data quality, online monitoring and efficiency are reparted
0in this thesis for the scintillating fiber tracker (SFT). A preliminary analysis of exclusive ρ of the latest
data07c2wascarriedouttoshowtheimprovementoftheselectionofexclusiveeventswiththeRecoilDetector.CONTENTS i
Contents
1 Introduction 1
2 The Hermes Experiment 5
2.1 The Hera Synchrotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2 The Hermes Spectrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 The Hermes Target system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4 Tracking detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.1 Vertex Chambers (VC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.2 Drift Vertex Chambers (DVCs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.3 Drift Chambers (FC and BC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.4 Multi-Wire Proportional Chambers (MWPCs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5 Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.6 Track Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.6.1 Treesearch and Track Finding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.7 Particle identification detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.7.1 Electromagnetic Calorimeter and Preshower Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.7.2 Ring-Imaging Čerenkov Detector (RICH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.7.3 Transition Radiation Detector (TRD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7.4 PID system performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.8 Luminosity monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.9 The Gain Monitoring System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.10 The Hermes Trigger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3 Physics program of Hermes with the Recoil Detector 25
3.1 Generalized Parton Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 Deeply Virtual Compton Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3 Hard Exclusive Meson Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.1 Kinematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
03.3.2 Exclusive Production of ρ at Hermes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Roberto F. Pérez Benito, 2010ii CONTENTS
3.4 Expected Detector Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4.1 Kinematic acceptance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4.2 Resolution in p, t and θ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.3 Particle Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .