Aufbau und Betrieb einer schnellen Kalorimeterelektronik f��r ein Experiment zur Messung der Parit��tsverletzung in der elastischen Elektronenstreuung

Die A4-Kollaboration am Mainzer Mikrotron MAMI erforscht die Struktur des Protons mit Hilfe der elastischen Streuung polarisierter Elektronen an unpolarisiertem Wasserstoff. Bei longitudinaler Polarisation wird die parit��tsverletzende Asymmetrie im Wirkungsquerschnitt gemessen, die Aufschluss ��ber den Strangeness-Beitrag zu den Vektor-Formfaktoren des Protons gibt. Insbesondere wurde eine Messung f��r R��ckw��rtsstreuwinkel bei einer Elektronenstrahlenergie von 319 MeV durchgef��hrt, die zusammen mit einem unter Vorw��rtsstreuung bei gleichem Impuls��bertrag bestimmten Wert die Separation der magnetischen und elektrischen Strangeness-Formfaktoren erlaubt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Elektroniksystem zur Energiemessung und Histogrammierung der auftretenden Einzelereignisse aufgebaut, das eine vernetzte Struktur aus 1022 Einzelkan��len besitzt und zur Verarbeitung einer Gesamtereignisrate von 100 MHz ausgelegt wurde. F��r den experimentellen Betrieb wurden f��r alle Kan��le erforderliche Qualit��ts-pr��fungen und Eichmessungen vorgenommen. Die volle Funktionsf��higkeit des Systems zur Durchf��hrung eines Z��hlratenexperiments f��r die parit��tsverletzende Asymmetrie im Bereich von 10^{-6} wurde demonstriert. Um den bei r��ckw��rtigen Streuwinkeln dominierenden inelastischen Untergrund an Photonen in den Spektren zu reduzieren, wurde das System au��erdem um ein Taggersystem f��r Elektronen erweitert. Das Ergebnis einer vorl��ufigen Analyse f��r die parit��tsverletzende Asymmetrie im Streuquerschnitt von longitudinal polarisierten Elektronen an unpolarisierten Protonen unter R��ckw��rtsstreuung bei einem Viererimpuls��bertrag Q^2 = 0.23 GeV^2/c^2 betr��gt A{PV}=(-16.37 +- 0.93 {stat} +- 0.69 {syst}) ppm. F��r die Differenz der gemessenen Asymmetrie A{PV} und der theoretischen Vorhersage ohne Strangeness A{0}=(-16.27 +- 1.22) ppm ergibt sich A{S}= A{PV} - A{0} = (-0.10+-1.68) ppm. Mit dem bereits vorliegenden Wert der Vorw��rtsstreuung von A{PV} = (-5.59+- 0.57 {stat} +- 0.29 {syst}) ppm kann ein Wert f��r den magnetischen bzw. elektrischen Formfaktor von G{M}^s = -0.01+- 0.15 bzw. G{E}^s = 0.034 +- 0.050 ermittelt werden.

Investigation of the nuclear matter density distributions of the exotic 12 Be, 14 Be and 8 B nuclei by elastic proton scattering in inverse kinematics

The proton-nucleus elastic scattering at intermediate energies is a well-established method for the investigation of the nuclear matter distribution in stable nuclei and was recently applied also for the investigation of radioactive nuclei using the method of inverse kinematics. In the current experiment, the differential cross sections for proton elastic scattering on the isotopes $^{7,9,10,11,12,14}$Be and $^8$B were measured. The experiment was performed using the fragment separator at GSI, Darmstadt to produce the radioactive beams. The main part of the experimental setup was the time projection ionization chamber IKAR which was simultaneously used as hydrogen target and a detector for the recoil protons. Auxiliary detectors for projectile tracking and isotope identification were also installed. As results from the experiment, the absolute differential cross sections d$sigma$/d$t$ as a function of the four momentum transfer $t$ were obtained. In this work the differential cross sections for elastic p-$^{12}$Be, p-$^{14}$Be and p-$^{8}$B scattering at low $t$ ($t leq$~0.05~(GeV/c)$^2$) are presented. The measured cross sections were analyzed within the Glauber multiple-scattering theory using different density parameterizations, and the nuclear matter density distributions and radii of the investigated isotopes were determined. The analysis of the differential cross section for the isotope $^{14}$Be shows that a good description of the experimental data is obtained when density distributions consisting of separate core and halo components are used. The determined {it rms} matter radius is $3.11 pm 0.04 pm 0.13$~fm. In the case of the $^{12}$Be nucleus the results showed an extended matter distribution as well. For this nucleus a matter radius of $2.82 pm 0.03 pm 0.12$~fm was determined. An interesting result is that the free $^{12}$Be nucleus behaves differently from the core of $^{14}$Be and is much more extended than it. The data were also compared with theoretical densities calculated within the FMD and the few-body models. In the case of $^{14}$Be, the calculated cross sections describe the experimental data well while, in the case of $^{12}$Be there are discrepancies in the region of high momentum transfer. Preliminary experimental results for the isotope $^8$B are also presented. An extended matter distribution was obtained (though much more compact as compared to the neutron halos). A proton halo structure was observed for the first time with the proton elastic scattering method. The deduced matter radius is $2.60pm 0.02pm 0.26$~fm. The data were compared with microscopic calculations in the frame of the FMD model and reasonable agreement was observed. The results obtained in the present analysis are in most cases consistent with the previous experimental studies of the same isotopes with different experimental methods (total interaction and reaction cross section measurements, momentum distribution measurements). For future investigation of the structure of exotic nuclei a universal detector system EXL is being developed. It will be installed at the NESR at the future FAIR facility where higher intensity beams of radioactive ions are expected. The usage of storage ring techniques provides high luminosity and low background experimental conditions. Results from the feasibility studies of the EXL detector setup, performed at the present ESR storage ring, are presented.

Die Messung der Gluonpolarisation durch die Produktion von Hadronpaaren mit gro��en Transversalimpulsen in tiefinelastischer Myonstreuung am Nukleon

Am COMPASS-Experiment am CERN-SPS wird die Spinsstruktur des Nukleons mit Hilfe der Streuung von polarisierten Myonen an polarisierten Nukleonen untersucht. Der in der inklusiven tiefinelastischen Streuung gemessene Beitrag der Quarks zum Nukleonspin reicht nicht aus, um den Spin des Nukleons zu erkl��ren. Daher soll gekl��rt werden, wie die Gluonpolarisation und die Bahndrehimpulse von Quarks und Gluonen zum Gesamtspin des Nukleons beitragen. Da sich die Gluonpolarisation aus der $Q^{2}$-Abh��ngigkeit der Asymmetrien in der inklusiven Streuung nur absch��tzen l��sst, wird eine direkte Messung der Gluonpolarisation ben��tigt. Die COMPASS-Kollaboration bestimmt daher die Wirkungsquerschnittsasymmetrien f��r Photon-Gluon-Fusionprozesse, indem sie zum einen die offene Charmproduktion und zum anderen die Produktion von Hadronpaaren mit gro��en Transversalimpulsen verwendet. In dieser Arbeit wird die Messung der Gluonpolarisation mit den COMPASS-Daten der Jahre 2003 und 2004 vorgestellt. F��r die Analyse werden die Ereignisse mit gro��em Impuls��bertrag ($Q^{2}>1$ $GeV^{2}/c^{2}$) und mit Hadronpaaren mit gro��em Transversalimpuls ($p_{perp}>0.7$ $GeV/c$) verwendet. Die Photon-Nukleon-Asymmetrie wurde aus dem gewichteten Doppelverh��ltnis der selektierten Ereignisse bestimmt. Der Schnitt auf $p_{perp}>0.7$rn$GeV/c$ unterdr��ckt die Prozesse f��hrender Ordnung und QCD-Compton Prozesse, so dass die Asymmetrie direkt mit der Gluonpolarisation ��ber die Analysierst��rke verkn��pft ist. Der gemessene Wert ist sehr klein und vertr��glich mit einer verschwindenden Gluonpolarisation. Zur Vermeidung von falschen Asymmetrien aufgrund der ��nderung der Detektorakzeptanz wurden Doppelverh��ltnisse untersucht, bei denen sich der Wirkungsquerschnitt aufhebt und nur die Detektorasymmetrien ��brig bleiben. Es konnte gezeigt werden, dass das COMPASS-Spektrometer keine signifikante Zeitabh��ngigkeit aufweist. F��r die Berechnung der Analysierst��rke wurden Monte Carlo Ereignisse mit Hilfe des LEPTO-Generators und des COMGeant Software Paketes erzeugt. Dabei ist eine gute Beschreibung der Daten durch das Monte Carlo sehr wichtig. Daf��r wurden zur Verbesserung der Beschreibung JETSET Parameter optimiert. Es ergab sich ein Wert von rn$frac{Delta G}{G}=0.054pm0.145_{(stat)}pm0.131_{(sys)}pm0.04_{(MC)}$ bei einem mittleren Impulsbruchteil von $langle x_{gluon}rangle=0.1$ und $langle Q^{2}rangle=1.9$ $GeV^{2}/c^{2}$. Dieses Ergebnis deutet auf eine sehr kleine Gluonpolarisation hin und steht im Einklang mit den Ergebnissen anderer Methoden, wie offene Charmproduktion und mit den Ergebnissen, die am doppelt polarisierten RHIC Collider am BNL erzielt wurden.

Untergrundstudien zur Messung der Strangeness-Vektorformfaktoren des Protons durch parit��tsverletzende Elektronenstreuung unter R��ckw��rtswinkeln

Im Rahmen des A4-Experiments werden die Beitr��ge des Strange-Quarks zu den elektromagnetischen Formfaktoren des Protons gemessen. Solche Seequarkeffekte bei Niederenergieobservablen sind f��r das Verst��ndnis der Hadronenstruktur wichtig, denn sie stellen eine direkte Manifestation der QCD-Freiheitsgrade im nichtperturbativen Bereich dar.rnrnLinearkombinationen der Strangeness-Vektorformfaktoren des Protons $G_E^s$ und $G_M^s$ sind experimentell ��ber die Messung der parit��tsverletzenden Asymmetrie im Wirkungsquerschnitt der elastischen Streuung longitudinal polarisierter Elektronen an unpolarisierten Nukleonen zug��nglich. Vor dieser Arbeit hatte die A4-Kollaboration zwei solche Messungen unter Vorw��rtsstreuwinkeln bei den Viererimpuls��bert��gen $Q^2$ von jeweils 0.23 und 0.10 (GeV/c)$^2$ ver��ffentlicht. Um die Separation von $G_E^s$ und $G_M^s$ beim h��heren $Q^2$-Wert zu erhalten, wurde eine Messung unter R��ckw��rtswinkeln mit der Strahlenergie von 315 MeV durchgef��hrt.rnrnIm A4-Experiment werden die an einem Fl��ssigwasserstoff-Target gestreuten Elektronen eines longitudinal polarisierten Strahls mit einem Cherenkov-Kalorimeter einzeln gez��hlt. Durch die kalorimetrische Energiemessung erfolgt die Trennung der elastischen von den inelastischen Ereignissen. Bei R��ckw��rtswinkeln wurde dieses Apparat mit einem Szintillator als Elektronentagger erweitert, um den $\gamma$-Untergrund aus dem $\pi^0$-Zerfall zu unterdr��cken.rnrnUm die Auswertung dieser Messung zu erm��glichen, wurden im Rahmen dieser Arbeit die gemessenen Energiespektren anhand von ausf��hrlichen Simulationen der Streuprozesse und des Antwortverhaltens der Detektoren untersucht, und eine Methode zur Behandlung des restlichen Untergrunds aus der $\gamma$-Konversionrnvor dem Szintillator entwickelt. Die Simulationergebnisse sind auf dem 5%-Niveau mit den Messungen vertr��glich, und es wurde bewiesen, dass die Methode der Untergrundbehandlung anwendbar ist.rnrnDie Asymmetriemessung bei R��ckw��rtswinkeln, die man nach Anwendung der hier erarbeiteten Untergrundbehandlung erh��lt, wurde f��r die Separation von $G_E^s$ und $G_M^s$ bei $Q^2$=0.22 (GeV/c)^2 mit der Vorw��rtswinkelmessung beim selbenrn$Q^2$ kombiniert. Es ergeben sich die Werte:rnrn$G_M^s$= -0.14 �� 0.11_{exp} �� 0.11_{theo} undrn$G_E^s$= 0.050 �� 0.038_{exp} �� 0.019_{theo}, rnrnwobei die systematische Unsicherheit wegen der Untergrundbehandlung im experimentellen Fehler enthalten ist. Am Ende der Arbeit werden die aus diesen Resultaten folgenden R��ckschl��sse auf den Einfluss der Strangeness auf die statischen elektromagnetischen Eigenschaften des Protons diskutiert.rn

Bestimmung der Analysierst��rke des A4-Compton-R��ckstreupolarimeters zur Messung der longitudinalen Spinpolarisation des MAMI-Elektronenstrahls

Das A4-Experiment bestimmt den Beitrag der Strangequarks zu den elektromagnetischen Formfaktoren des Nukleons durch Messung der Parit��tsverletzung in der elastischen Elektron-Nukleon-Streuung. Diese Messungen werden mit dem spinpolarisierten Elektronenstrahl des Mainzer Mikrotrons (MAMI) bei Strahlenergien zwischen 315 und 1508 MeV ndurchgef��hrt. Die Bestimmung des Strahlpolarisationsgrades ist f��r die Analyse der Daten unerl����lich, um die physikalische Asymmetrie aus der gemessenen parit��tsverletzenden Asymmetrie extrahieren zu k��nnen. Aus diesem Grund wird von der A4-Kollaboration ein neuartiges Compton-Laserr��ckstreupolarimeter entwickelt, das eine zerst��rungsfreie Messung der Strahlpolarisation, parallel zum laufenden Parit��tsexperiment erlaubt. Um den zuverl��ssigen Dauerbetrieb des Polarimeters zu erm��glichen, wurde das Polarimeter im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelt. Das Datenerfassungssystem f��r Photonen- und Elektronendetektor wurde neu aufgebaut und im Hinblick auf die Verarbeitung hoher Raten optimiert. Zum Nachweis der r��ckgestreuten Photonen wurde ein neuartiger Detektor (LYSO) in Betrieb genommen. Dar��ber hinaus wurden GEANT4-Simulationen der Detektoren durchgef��hrt und eine Analyseumgebung f��r die Extraktion von Comptonasymmetrien aus den R��ckstreudaten entwickelt. Das Analyseverfahren nutzt die M��glichkeit, die r��ckgestreuten Photonen durch koinzidente Detektion der gestreuten Elektronen energiemarkiert nachzuweisen (Tagging). Durch die von der Energiemarkierung eingef��hrte differentielle Energieskala wird somit eine pr��zise Bestimmung der Analysierst��rke m��glich. In der vorliegenden Arbeit wurde die Analysierst��rke des Polarimeters bestimmt, so da�� nun das Produkt von Elektronen- und Laserstrahlpolarisation bei einem Strahlstrom von 20 muA, parallel zum laufenden Parit��tsexperiment, mit einer statistischen Genauigkeit von 1% in 24 Stunden bei 855 MeV bzw. <1% in 12 Stunden bei 1508 MeV gemessen werden kann. In Kombination mit der Bestimmung der Laserpolarisation in einer parallelen Arbeit (Y. Imai) auf 1% kann die statistische Unsicherheit der Strahlpolarisation im A4-Experiment von zuvor 5% auf nun 1,5% bei 1508MeV verringert werden. F��r die Daten zur Messung der parit��tsverletzenden Elektronenstreuung bei einem Viererimpuls��bertrag von $Q^2=0,6 (GeV/c)^2$ betr��gt die Rohasymmetrie beim derzeitigen Stand der Analyse $A_{PV}^{Roh} = ( -20,0 pm 0,9_{stat} ) cdot 10^{-6}$. F��r eine Strahlpolarisation von 80% erh��lt man einen Gesamtfehler von $1,68 cdot 10^{-6}$ f��r $Delta P_e/P_e = 5 %$. Als Ergebnis dieser Arbeit wird sich dieser Fehler durch Analyse der Daten des Compton-Laserr��ckstreupolarimeters um 29% auf $1,19 cdot 10^{-6}$ ($Delta P_e/P_e = 1,5 %$) verringern lassen.

Analisi dello spettro di massa invariante j/psi pi+ pi- in collisioni p-p a sqrt(s) = 8 tev con il rivelatore cms

In questo lavoro di tesi �� stato studiato lo spettro di massa invariante del sistema J/psi pi+ pi-, m(J/psi pi+ pi-), in collisioni protone-protone a LHC, con energia nel centro di massa sqrt(s)) pari a 8 TeV, alla ricerca di nuovi stati adronici. Lo studio �� stato effettuato su un campione di dati raccolti da CMS in tutto il 2012, corrispondente ad una luminosit�� integrata di 18.6 fb-1. Lo spettro di massa invariante m(J/psi pi+ pi-), �� stato ricostruito selezionando gli eventi J/psi->mu+ mu- associati a due tracce cariche di segno opposto, assunte essere pioni, provenienti da uno stesso vertice di interazione. Nonostante l'alta statistica a disposizione e l'ampia regione di massa invariante tra 3.6 e 6.0 GeV/c^2 osservata, sono state individuate solo risonanze gi�� note: la risonanza psi(2S) del charmonio, lo stato X(3872) ed una struttura pi�� complessa nella regione attorno a 5 GeV/c^2, che �� caratteristica della massa dei mesoni contenenti il quark beauty (mesoni B). Al fine di identificare la natura di tale struttura, �� stato necessario ottenere un campione di eventi arricchito in adroni B. �� stata effettuata una selezione basata sull'elevata lunghezza di decadimento, che riflette la caratteristica degli adroni B di avere una vita media relativamente lunga (ordine dei picosecondi) rispetto ad altri adroni. Dal campione cos�� ripulito, �� stato possibile distinguere tre sottostrutture nello spettro di massa invariante in esame: una a 5.36 GeV/c^2, identificata come i decadimenti B^0_s-> J/psi pi+ pi-, un'altra a 5.28 GeV/c^2 come i candidati B^0-> J/psi pi+ pi- e un'ultima allargata tra 5.1 e 5.2 GeV/c^2 data da effetti di riflessione degli scambi tra pioni e kaoni. Quest'ultima struttura �� stata identificata come totalmente costituita di una combinazione di eventi B^0-> J/psi K+ pi- e B^0_s-> J/psi K+ K-.

Untersuchung der Kernstruktur von 3 He mittels Polarisationsobservablen

Durch die M��glichkeit, gleichzeitig mehrere Polarisationsfreiheitsgradernin der quasi-elastischen Elektronstreuung an $^3mathrm{He}$ zurnmessen, bietet sich ein neuer experimenteller Zugang zu kleinen, aber rnwichtigen Partialwellenbeitr��gen ($S'$, $D$-Welle) desrn$^3mathrm{He}$-Grundzustands. Dies erm��glicht nicht nur ein tieferesrnVerst��ndnis des Drei-K��rper-Systems, sondern bietet auch diernM��glichkeit, Erkenntnisse ��ber die $^3mathrm{He}$-Struktur undrnDynamik zu erlangen. Mit Hilfe dieser Informationen lassen sich abrninitio Rechnungen testen, sowie Korrekturen berechnen, die f��r anderernExperimente (z.B. Messung von $G_{en}$) ben��tigt werden. rnrnModerne Faddeev-Rechnungen liefern nicht nur eine quantitativernBeschreibung des $^3mathrm{He}$-Grundzustands, sondern geben auchrneinen Einblick in die sogenannten spinabh��ngigenrnImpulsverteilungen. Eine gr��ndliche experimentelle Untersuchung ist in rndiesem Zusammenhang n��tig, um eine solide Basis f��r die ��perpr��fungrnder theoretische Modelle zu liefern. EinrnDreifach-Polarisationsexperiment liefert hier zum einen wichtigernDaten, zum anderen kann damit untersucht werden, ob mit der Methoderndes glqq Deuteron-Tagginggrqq polarisiertes $^3mathrm{He}$ alsrneffektives polarisiertes Protonentarget verwendet werden kann. rnrnDas hier vorgestellte Experiment kombiniert erstmals Strahl- undrnTargetpolarisation sowie die Messung der Polarisation des auslaufendenrnProtons. Das Experiment wurde im Sommer 2007 an derrnDrei-Spektrometer-Anlage der A1-Kollaboration an MAMI rndurchgef��hrt. Dabei wurde mit einer Strahlenergie vonrn$E=855,mathrm{MeV}$ bei $q^2=-0,14,(mathrm{GeV/c})^2$rn$(omega=0,13,mathrm{GeV}$, $q=0,4,mathrm{GeV/c})$ gemessen.rnrnDie bestimmten Wirkungsquerschnitte, sowie die Strahl-Target- und diernDreifach-Asymmetrie werden mit theoretischen Modellrechnungen vonrnJ. Golak (Plane Wave Impuls Approximation PWIA, sowie ein Modell mitrnEndzustandswechselwirkung) verglichen. Zudem wurde das Modell von dernForest verwendet, welches den Wirkungsquerschnitt ��ber eine gemessenernSpektralfunktion berechnet. Der Vergleich mit den Modellrechnungenrnzeigt, dass sowohl der Wirkungsquerschnitt, als auch die Doppel- undrnDreifach-Asymmetrie gut mit den theoretischen Rechnungenrn��bereinstimmen. rnrnDie Ergebnisse dieser Arbeit best��tigen, dass polarisiertesrn$^3mathrm{He}$ nicht nur als polarisiertes Neutronentarget, sondernrndurch Nachweis des Deuterons ebenfalls als polarisiertesrnProtonentarget verwendet werden kann.

Enantioselektive Synthese von Tetrahydroprotoberberinen und anderen Benzylisochinolinalkaloiden aus alpha-Aminonitrilen

Ziel dieser Arbeit war es, ausgehend von alpha-Aminonitrilen verschiedene Tetrahydroisochinolin-Alkaloide darzustellen. Es wurde gezeigt, dass sich das alpha-Aminonitril unter kontrollierten Bedingungen quantitativ in alpha-Position deprotonieren l��sst und durch anschlie��ende C-1-Alkylierung mit substituierten Benzylbromiden zu 1 Benzyl-3,4-dihydroisochinolinen umsetzen l��sst. Diese konnten im n��chsten Schritt mittels asymmetrischer Transferhydrierung nach Noyori in Alkaloid-Vorl��ufer mit hoher optischer Reinheit umgewandelt werden. Zur ��berf��hrung der (S)-1-Benzylisochinoline in die nat��rlich vorkommenden Alkaloide wurden diese N-methyliert und entsch��tzt. Auf diese Weise konnten (+)-Laudanosin, (+)-Laudanidin und (+)-Armepavin dargestellt werden. Pictet-Spengler-Cyclisierung der Benzylisochinoline erzeugte Alkaloide vom Protoberberin-Typ. Die Ullmann-Kupplung zum Aufbau der Diaryletherbr��cke bildete den Schl��sselschritt bei der Darstellung von Bisbenzylisochinolinalkaloiden. Unter Verwendung von N,N-Dimethylglycin, CuI und dem Einsatz von Mikrowellen-Strahlen wurden im folgenden Schritt (+)-O-Methylthalibrin und (+)-O-Tetramethylmagnolamin in enantiomerenreiner Form und mit guten Ausbeuten dargestellt. Die Synthese von (���)-Tetrahydropalmatin unter Reaktionsbedingungen nach Pictet und Spengler ��ber ein in C-2��� blockiertes (S)-1-Benzylisochinolin gelang nicht. Stattdessen erfolgte eine exocyclische [1,3]-Umlagerung der Benzyl-Gruppe des Iminium-Ions. Diese Umlagerung ist mit der von Knabe gefundenen endocyclischen Umlagerung von 1,2-disubstituierten 1,2-Dihydroisochinolinen verwandt. Der Nachweis ��ber das Auftreten freier Radikale w��hrend der hier gefundenen [1,3]-Benzyl-Umlagerung erfolgte ��ber ein Crossover-Experiment, Isotopen-Markierung sowie Studien zur Inhibierung bzw. Initiierung freier Radikale. Die experimentellen Befunde und DFT Berechnungen von Straub unterst��tzen die Theorie zum Verlauf ��ber eine diffusionskontrollierte Radikal-Ketten-Reaktion.

Analysis of diffractive dissociation of K - into K - pi + pi - on a liquid hydrogen target at the COMPASS spectrometer

The systematic exploration of excited meson and baryon states was the central topic of the COMPASS physics program in the years 2008 and 2009 at the CERN facility. A hadron beam of 190 GeV/c particle momentum was impinging on a 40 cm long liquid hydrogen target to create excited states of beam particles by diffractive processes. The presented work is about the study of the process $K^- p rightarrow K^- pi^+ pi^- p_{recoil}$ where special emphasis is put on how kaons were distinguished from pions with the CEDAR detectors in the initial channel as well as with the RICH detector in the final states. At the end formed 270 000 events an invariant K pi pi mass distribution of overlapping resonances. In addition a detailed MC simulation study of 44 million decays in the range of 0.8 < m(K pi pi) [GeV/c^2] < 3.0 was performed and analysed for acceptance corrections.All information was combined into a mass independent partial wave analysis to observe resonances of individual particles. The main contribution was found in the JP = 0+, 1+, 2- and 2+ spin-parity states.

Measurement of the unpolarized K+ Lambda and K+ Sigma 0 electroproduction cross-section off the proton with KAOS-spectrometer

The new stage of the Mainz Microtron, MAMI, at the Institute for Nuclear Physics of the Johannes Gutenberg-University, operational since 2007, allows open strangeness experiments to be performed. Covering the lack of electroproduction data at very low Q2, p(e,K+)Lambda and p(e,K+)Sigma0, reactions have been studied at Q^2 = 0.036(GeV/c)^2 andrnQ^2 = 0.05(GeV=c)^2 in a large angular range. Cross-section at W=1.75rnGeV will be given in angular bins and compared with the predictions of Saclay-Lyon and Kaon Maid isobaric models. We conclude that the original Kaon-Maid model, which has large longitudinal couplings of the photon to nucleon resonances, is unphysical. Extensive studies for the suitability of silicon photomultipliers as read out devices for a scintillating fiber tracking detector, with potential applications in both positive and negative arms of the spectrometer, will be presented as well.

Donor���acceptor systems in the quest for organic semiconductors

Die letzten Jahrzehnte brachten eine Vielzahl neuer organischen Halbleiter hervor, welche erfolgreich als aktive Materialien in Bauteilen eingesetzt wurden, wie zum Beispiel Feldeffekttransistoren (FET), organische Leuchtdioden (OLED), organischen Photovoltaikzellen (OPV) und Sensoren. Einige dieser Materialien haben, obwohl sich die Technolgie noch in der ���Pubert��t��� befindet, die minimalen Anforderungen f��r eine kommerzielle Anwendung erreicht, wobei jedoch vieles noch zu entdecken, erkl��ren und verstehen bleibt. Diese Arbeit beschreibt das Design, die Synthese und Charakterisierung neuartiger halbleitender Polymere mit speziell eingestellten optoelektronischen Eigenschaften, welche effiziente ambipolare oder n-Leitung in OFET���s und OPV���s zeigen. Das Hauptziel wurde dadurch erreicht, dass sowohl die vorteilhaften Eigenschaften des planaren, elektronenarmen heterozyklischen Bausteines Thiadiazolo[3,4-g]quinoxalin als auch von Ethinbr��cken, welche den Donor (D) und den Akzeptor (A) in einem D-A-Copolymer verbinden, durch systematische Optimierung ausgenutzt wurden. Neben synthetischen Herausforderungen werden in dieser Arbeit auch detailiiete Untersuchungen der optoelektronischen Eigenschaften der hergestellten konjugierten Polymere und Modellverbindungen dargelegt. Dar��ber hinaus beschreibt diese Arbeit erstmals ein Beispiel f��r ein Polymer, welches Dreifachbindungen im Polymerr��ckgrat enth��lt, und nahezu eine ausgeglichene ambipolare Ladungstr��gerleitung in OFET���s zeigt. Zus��tzlich werden gemischt-valente Phenothiazine, verbr��ckt mittels elektronenarmen pi-Br��cken wie etwa Benzo[c][2,1,3]thiadiazol, und deren Elektronentransferprozesse, im Rahmen der Marcus-Hush-Theorie, untersucht.

The XENON1T experiment: Monte Carlo background estimation and sensitivity curves study

Despite the scientific achievement of the last decades in the astrophysical and cosmological fields, the majority of the Universe energy content is still unknown. A potential solution to the ���missing mass problem��� is the existence of dark matter in the form of WIMPs. Due to the very small cross section for WIMP-nuleon interactions, the number of expected events is very limited (about 1 ev/tonne/year), thus requiring detectors with large target mass and low background level. The aim of the XENON1T experiment, the first tonne-scale LXe based detector, is to be sensitive to WIMP-nucleon cross section as low as 10^-47 cm^2. To investigate the possibility of such a detector to reach its goal, Monte Carlo simulations are mandatory to estimate the background. To this aim, the GEANT4 toolkit has been used to implement the detector geometry and to simulate the decays from the various background sources: electromagnetic and nuclear. From the analysis of the simulations, the level of background has been found totally acceptable for the experiment purposes: about 1 background event in a 2 tonne-years exposure. Indeed, using the Maximum Gap method, the XENON1T sensitivity has been evaluated and the minimum for the WIMP-nucleon cross sections has been found at 1.87 x 10^-47 cm^2, at 90% CL, for a WIMP mass of 45 GeV/c^2. The results have been independently cross checked by using the Likelihood Ratio method that confirmed such results with an agreement within less than a factor two. Such a result is completely acceptable considering the intrinsic differences between the two statistical methods. Thus, in the PhD thesis it has been proven that the XENON1T detector will be able to reach the designed sensitivity, thus lowering the limits on the WIMP-nucleon cross section by about 2 orders of magnitude with respect to the current experiments.

Feasibility studies for accessing nucleon structure observables with the PANDA experiment at the future FAIR facility

The availability of a high-intensity antiproton beam with momentum up to 15,GeV/c at the future FAIR will open a unique opportunity to investigate wide areas of nuclear physics with the $overline{P}$ANDA (anti{$overline{P}$}roton ANnihilations at DArmstadt) detector. Part of these investigations concern the Electromagnetic Form Factors of the proton in the time-like region and the study of the Transition Distribution Amplitudes, for which feasibility studies have been performed in this Thesis. rnMoreover, simulations to study the efficiency and the energy resolution of the backward endcap of the electromagnetic calorimeter of $overline{P}$ANDA are presented. This detector is crucial especially for the reconstruction of processes like $bar pprightarrow e^+ e^- pi^0$, investigated in this work. Different arrangements of dead material were studied. The results show that both, the efficiency and the energy resolution of the backward endcap of the electromagnetic calorimeter fullfill the requirements for the detection of backward particles, and that this detector is necessary for the reconstruction of the channels of interest. rnrnThe study of the annihilation channel $bar pprightarrow e^+ e^-$ will improve the knowledge of the Electromagnetic Form Factors in the time-like region, and will help to understand their connection with the Electromagnetic Form Factors in the space-like region. In this Thesis the feasibility of a measurement of the $bar pprightarrow e^+ e^-$ cross section with $overline{P}$ANDA is studied using Monte-Carlo simulations. The major background channel $bar pprightarrow pi^+ pi^-$ is taken into account. The results show a $10^9$ background suppression factor, which assure a sufficiently clean signal with less than 0.1% background contamination. The signal can be measured with an efficiency greater than 30% up to $s=14$,(GeV/c)$^2$. The Electromagnetic Form Factors are extracted from the reconstructed signal and corrected angular distribution. Above this $s$ limit, the low cross section will not allow the direct extraction of the Electromagnetic Form Factors. However, the total cross section can still be measured and an extraction of the Electromagnetic Form Factors is possible considering certain assumptions on the ratio between the electric and magnetic contributions.rnrnThe Transition Distribution Amplitudes are new non-perturbative objects describing the transition between a baryon and a meson. They are accessible in hard exclusive processes like $bar pprightarrow e^+ e^- pi^0$. The study of this process with $overline{P}$ANDA will test the Transition Distribution Amplitudes approach. This work includes a feasibility study for measuring this channel with $overline{P}$ANDA. The main background reaction is here $bar pprightarrow pi^+ pi^- pi^0$. A background suppression factor of $10^8$ has been achieved while keeping a signal efficiency above 20%.rnrnrnPart of this work has been published in the European Physics Journal A 44, 373-384 (2010).rn

Exclusive vector meson production in pp collisions at the COMPASS experiment

Produktionsmechanismen f��r Teilchenproduktion im mittleren Energiebereich wurden in Proton-Proton Kollisionen innerhalb der COMPASS-Kollaboration mit Hilfe des COMPASS-Spektrometers am SPS Beschleuniger am CERN untersucht. Die verschiedenen Produktionsmechanismen werden mittels Produktion der Vektormesonen omega und phi studiert und k��nnen die diffraktive Anregung des Strahlteilchens mit anschliessendem Zerfall der Resonanz, zentrale Produktion und den damit verwandten ���Shake-off��� Mechanismus enthalten. Die f��r diese Arbeit verwendeten Daten wurden in den Jahren 2008 und 2009 mit 190 GeV/c-Protonen aufgenommen, die auf ein Fl��ssigwasserstofftarget trafen. Das Target war von einem R��cksto��protonendetektor umgeben, der ein integraler Bestandteil des neuentwickelten Hadrontriggersystems ist. F��r dieses System wurden au��erdem einige neue Detektoren gebaut. Die Leistungsf��higkeit des R��cksto��protonendetektors und des Triggersystems wird untersucht und Effizienzen extrahiert. Au��erdem wird sowohl eine Methode zur Rekonstruktion von R��cksto��protonen als auch eine Methode zur Kalibration des R��cksto��protonendetektors entwickelt und beschrieben. Die Produktion von omega-Mesonen wurde in der Reaktion pp -> p omega p, omega -> pi+pi-pi0 und die Produktion von phi-Mesonen in der Reaktion pp -> p phi p, phi -> K+K- bei einem Impuls��bertrag zwischen 0.1 (GeV/c)^2 und 1 (GeV/c)^2 gemessen. Das Produktionsverh��ltnis s(pp -> p phi p)/s(pp -> p omega p) wird als Funktion des longitudinalen Impulsanteils xF bestimmt und mit der Vorhersage durch die Zweigregel verglichen. Es ergibt sich eine signifikante Verletzung der Zweigregel, die abh��ngig von xF ist. Die Verletzung wird in Verbindung zu resonanten Strukturen im pomega-Massenspektrum diskutiert. Die xF-Abh��ngigkeit verschwindet, wenn man die Region niedriger pomega- und pphi-Masse entfernt, die solche resonanten Strukturen aufweist. Zus��tzlich wird die Spinausrichtung bzw. das Spindichtematrixelement rho00 f��r omega- und phi-Mesonen untersucht. Die Spinausrichtung wird im Helizit��tssystemrnanalysiert, welches f��r eine Abgrenzung von resonanten, diffraktiven Anregungen geeignet ist. Au��erdem wird die Spinausrichtung in einem Referenzsystem mit Bezug auf die Richtung des Impuls��bertrags untersucht, mit dessen Hilfe zentrale Prozesse wie zentrale Produktion oder ���shake-off��� abgegrenzt werden. Auch hier wird eine Abh��ngigkeit von xF und der invarianten Masse des pomega-Systems beobachtet. Diese Abh��ngigkeit kann wieder auf die resonanten Strukturen in der Produktion von omega-Mesonen zur��ckgef��hrt werden. Die Ergebnisse werden abschlie��end im Hinblick auf die verschiedenen Produktionsmechanismen diskutiert.

New synthetic strategies towards indolizines and pyrroles

Indolizines and pyrroles are considered as ���privileged��� structures since their skeletons were found in many biologically active natural products and they possess a wide range of pharmaceutical properties. Syntheses of these small drug-like molecules are very important in medicinal chemistry. However, most existent methodologies are usually limited to specific substitution patterns or require impractical starting materials or expensive catalysts. Therefore, developing new methodologies for the synthesis of indolizines and pyrroles from commercially available or readily accessible sources is highly desirable.rnIn this PhD thesis, several methods has been described for the synthesis of indolizines and pyrroles. In the first part, indolizines carrying substituents in positions 1-3 were synthesized via a formal [3+2]-cycloaddition of pyridinium ylides and nitroalkenes. Pyridinium salts were prepared by N-alkylation of pyridines with cyanohydrin triflates which could be prepared from corresponding aldehydes via a Strecker reaction followed by O-triflylation. Nitroalkenes were simply prepared from the corresponding aldehydes and nitroalkanes in a nitroaldol condensation. Overall, this modular approach allows to construct the indolizine framework with various substitution patterns starting from a pyridine, two different aldehydes and a nitroalkane. In contrast to reported methods, the produced indolizines do not have to contain an electron-withdrawing group.rnIt has also been found that nitrile-stabilized 2-alkylpyridinium ylides cyclize to unstable 2-aminoindolizines via an intramolecular 5-exo-dig cyclization. Using an in situ acetylation of the amino group, N-protected 2-aminoindolizines could be synthesized. As a less common substitution pattern, indolizines carrying substituents in positions 5���8 were synthesized from enones and 2-(1H-pyrrol-1-yl)nitriles obtained from ��-aminonitriles using a modified Paal-Knorr pyrrole synthesis. The decoration of the pyridine unit in the indolizine skeleton has been achieved by a one-pot conjugate addition/cycloaromatization sequence.rnIn the second part of the thesis, the diversity-oriented synthesis of pyrroles from 3,5-diaryl substituted 2H-pyrrole-2-carbonitriles (cyanopyrrolines) obtained in a cyclocondensation of enones with aminoacetonitrile hydrochloride is being discussed. 2,4-Di-, 2,3,5-trisubstituted pyrroles, pyrrole-2-carbonitriles and 2,2���-bipyrroles were synthesized in a one- or two-step protocol. While the microwave-assisted thermal elimination of HCN from cyanopyrrolines gave 2,4-disubstituted pyrroles, DDQ-oxidation of the same intermediates furnished pyrrole-2-carbonitriles. Furthermore, 2,3,5-trisubstituted pyrroles were obtained via a C-2-alkylation of the deprotonated cyanopyrrolines followed by the elimination of HCN. Finally, it has also been found that tetraaryl substituted 2,2���-bipyrroles could be synthesized by the oxidative dimerization of cyanopyrrolines using copper (II) acetate at 100 ��C.rn