Erste Untersuchungen zur Messung helizitätsabhängiger (gamma N)-Wirkungsquerschnitte für das GDH-Experiment am MAMI

Das experimentelle Studium der 1966 von Gerasimov, Drell undHearn unabhängig voneinander aufgestellten und als GDH-SummenregelbezeichnetenRelation macht die Vermessung totalerPhotoabsorptionswirkungsquerschnitte von zirkular polarisierten Photonen an longitudinalpolarisierten Nukleonen über einen weiten Energiebereich notwendig. Die im Sommer1998 erfolgte Messung am Mainzer Mikrotron stellt das erste derartigeExperiment mit reellen Photonen zur Messung des GDH-Integrals am Protondar. Die Verwendung eines Frozen-Spin-Butanoltargets, das eingesetzt wurde, umeinen möglichst hohen Proton-Polarisationsgrad zu erreichen, hat diezusätzliche experimentelle Schwierigkeit zur Folge, daß die imButanoltarget enthaltenen Kohlenstoffkerne ebenfalls Reaktionsprodukte liefern, diezusammen mit den am Proton erzeugten nachgewiesen werden.Ziel der Arbeit war die Bestimmung von Wirkungsquerschnittenam freien Proton aus Messungen an einem komplexen Target (CH2) wie esbeim polarisiertenTarget vorliegt. Die hierzu durchgeführten Pilotexperimentedienten neben der Entwicklung von Methoden zur Reaktionsidentifikation auchder Eichung des Detektorsystems. Durch die Reproduktion der schon bekanntenund vermessenen unpolarisierten differentiellen und totalenEin-Pion-Wirkungsquerschnitte am Proton (gamma p -> p pi0 und gamma p -> n pi+), die bis zueiner Photonenergievon etwa 400 MeV den Hauptbeitrag zum GDH-Integralausmachen, konnte gezeigt werden, daß eine Separation der Wasserstoff- vonKohlenstoffereignissen möglich ist. Die notwendigen Techniken hierzu wurden imRahmen dieser Arbeit zu einem allgemein nutzbaren Werkzeug entwickelt.Weiterhin konnte gezeigt werden, daß der vom Kohlenstoffstammende Anteil der Reaktionen keine Helizitätsabhängigkeit besitzt. Unterdieser Voraussetzung reduziert sich die Bestimmung der helizitätsabhängigenWirkungsquerschnittsdifferenz auf eine einfacheDifferenzbildung. Aus den erhaltenen Ergebnissen der intensiven Analyse von Daten, diemit einem unpolarisierten Target erhalten wurden, konnten so schnellerste Resultate für Messungen, die mit dem polarisierten Frozen-Spin-Targetaufgenommen wurden, geliefert werden. Es zeigt sich, daß sich dieseersten Resultate für polarisierte differentielle und totale (gammaN)-Wirkungsquerschnitte im Delta-Bereich in guter Übereinstimmung mit theoretischenAnalysen befinden.

The experimental study of the Gerasimov-Drell-Hearn (GDH)relation, firstformulated in 1966 by both Gerasimov and then Drell andHearn independently,requires the measurement of total photoabsorption crosssections of circurlarly polarized photons on longitudinally polarizednucleons over a wide range of energies. The measurement, which tookplace in the summer of 1998 using the Mainzer Microtron, represents thefirst experiment with real photons to measure the GDH integral on the proton.The application of a frozen-spin butanol target - used to achieve a highdegree of polarisation of the protons - causes an additionalexperimental difficulty: the carbon nuclei in the butanol target also deliversreaction products which can be detected in addition to those events coming from theproton.The aim of this work was the determination of cross sectionson the free proton measured with a complex target (CH2) comparable tothe polarized targetactually used to measure the GDH integral. The pilotexperiments served also to assist in the development of methods for reactionidentification and for the calibration of the detector system. Through thereproduction of the already known and measured unpolarized differential andtotal single pion cross sections on the proton (gamma p -> p pi0 and gamma p-> n pi+), which determine the mean contribution to the GDH integral up to aphoton energy of about 400 MeV, one can show that the separation of thehydrogen and carbon events is possible. The required techniques have beendeveloped within the scope of this thesis for use as a common tool.Furthermore, one can also show that the events coming fromcarbon do not possess any helicity dependence. Under this assumption thedetermination of the helicity dependent cross section difference reduces to asimple differenceoperation. From the results obtained from the intensiveanalysis of the dataobtained with an unpolarized target, very fast first resultsfor further measurements taken with a polarized frozen-spin target weredelivered.These first results for polarized differential and total(gamma N) cross sections in the Delta region are in good agreement withtheoretical analysis.