Erste Messung der Pi-0-Photoproduktion an transversal polarisierten Protonen nahe der Schwelle

Diese Arbeit befasst sich mit der photoinduzierten Erzeugung neutraler Pionen, sehr nahe an der Schwellenenergie. Dabei werden zwei Ziele verfolgt: Zum einen die Überprüfung von Vorhersagen dieser effektiven Theorien und Modelle, zum anderen werden hier erstmals alle relevanten Partialwellenamplituden modellunabhängig aus gemessenen Observablen bestimmt. Diese Methode soll in Zukunft auch bei höheren Energien im Bereich der Nukleonresonanzen Anwendung finden. rnrnKonkret wird die Durchführung und Analyse eines Experiments vorgestellt, welches am Mainzer Mikrotron (MAMI) in den Jahren 2010 bis 2013 mit zirkular polarisiertem Photonenstrahl stattfand. Der Photonenstrahl wurde an einer Anlage zur Erzeugung energiemarkierter Bremsstrahlung aus dem Elektronenstrahl von MAMI gewonnen. Zum Nachweis der Reaktionsprodukte diente das hermetische 4pi CB/TAPS-Detektorsystem. Erstmalig standen bei derartigen Messungen auch transversal polarisierte Protonen zur Verfügung. Dazu wird Butanol in einer speziellen Apparatur dynamisch polarisiert. Molekularer Wasserstoff lässt sich aufgrund der para-Konfiguration nicht polarisieren. Wegen der Verwendung von Butanol als Targetmaterial, bei dem weniger als 5% aller erzeugten Pionen an polarisierten Protonen produziert wurden, ist die Behandlung des Untergrunds eine zentrale Aufgabe. rnrnEs werden zwei Methoden der Untergrundseparation vorgestellt, wovon die bessere in der Analyse angewendet wurde. Abschließend findet eine ausführliche Bewertung systematischer Fehler statt.rnrnDie erstmalige Verwendung transversal polarisierter Protonen ermöglicht den Zugang zu bisher nicht gemessenen Spin"=Freiheitsgraden. In Kombination mit einem komplementären Vorläufer-Experiment aus dem Jahr 2008 mit linear polarisiertem Photonenstrahl konnten aus den gewonnenen Daten erstmals alle komplexen s- und p-Partialwellenamplituden modellunabhängig bestimmt werden. rnrnDarüber hinaus wurden im Rahmen dieser Arbeit wesentliche Verbesserungen am apparativen Aufbau erzielt. Beispiele sind ein Elektronenstrahl-Polarimeter, ein zellularer CB-Multiplizitätstrigger, sowie signifikante Verbesserungen der Datennahmeelektronik und des Triggersystems, die teilweise in dieser Arbeit vorgestellt werden.

This thesis addresses the photo induced production of neutral pions very close to the threshold energy. There are two objectives: Firstly, to test predictions made by these effective theories and models and secondly to determine all relevant partial wave amplitudes model independently from measured observables. In the future, this method shall also be applied to higher energies in the region of nucleon resonances. rnrnIn the thesis, the execution and analysis of an experiment is presented which had been carried out at the Mainzer Mikrotron (MAMI) in the years 2010 to 2013. A circularly polarised, real photon beam was produced via tagged bremsstrahlung technique from the MAMI electron beam. For the first time in such experiments a transversely polarised proton target was utilised. For that purpose, butanol was dynamically polarised within a special apparatus. Butanol is used as the para configuration of molecular hydrogen makes hydrogen non-polarisable. Because of using butanol as a target material -- which resulted in less than 5 % of the pions produced on polarised protons -- the background subtraction treatment is an essential task. The target was surrounded by an almost 4pi-covering combined CB/TAPS detector setup.rnrnTwo different background subtraction methods are being described, whereof the better had been applied in the analysis. In conclusion a detailed estimation of systematic errors are presented. rnrnFor the first time transversely polarised protons provide access to previously not measured spin degrees of freedom. Using the measured data in combination with a previous experiment from the year 2008 with linearly polarised photon beam it was possible for the first time to determine model independently all complex s- and p-partial wave amplitudes.rnrnFurthermore, substantial improvements to the experimental apparatus were achieved. Examples are an electron beam polarimeter, a cellular multiplicity trigger for CB, as well as significant improvements to the data acquisition and trigger electronics. Parts of these developments are presented in this thesis.