Coupled Bose-Einstein condensate: Collapse for attractive interaction

The collapse of trapped Boson-Einstein condensate (BEC) of atoms in states 1 and 2 was studied. When the interaction among the atoms in state i was attractive the component i of the condensate experienced collapse. When the interaction between an atom in state 1 and state 2 was attractive both components experienced collapse. The time-dependant Gross-Pitaevski (GP) equation was used to study the time evolution of the collapse. There was an alternate growth and decay in the number of particles experiencing collapse.

Interface formation of nanostructured heterojunction SnO 2:Eu/GaAs and electronic transport properties

Thin films of tin dioxide (SnO2) are deposited by the sol-gel-dip-coating technique, along with GaAs layers, deposited by the resistive evaporation technique. The as-built heterojunction has potential application in optoelectronic devices, combining the emission from the rare-earth doped transparent oxide (Eu3+-doped SnO2 presents very efficient red emission) with a high mobility semiconductor. The advantage of this structure is the possibility of separation of the rare-earth emission centers from the electron scattering, leading to a strongly indicated combination for electroluminescence. Electrical characterization of the heterojunction SnO2:Eu/GaAs shows a significant conductivity increase when compared to the conductivity of the individual films, and the monochromatic light irradiation (266 nm) at low temperature of the heterojunction GaAs/SnO2:Eu leads to intense conductivity increase. Scanning electron microscopy (SEM) of the heterojunction cross section shows high adherence and good morphological quality of the interfaces substrate/SnO2 and SnO2/GaAs, even though the atomic force microscopy (AFM) image of the GaAs surface shows disordered particles, which increases with sample thickness. On the other hand, the good morphology of the SnO2:Eu surface, shown by AFM, assures the good electrical performance of the heterojunction. The observed improvement on the electrical transport properties is probably related to the formation of short conduction channels at the semiconductors interface, which may exhibit two-dimensional electron gas (2DEG) behavior. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Photo-Induced Conductivity of Heterojunction GaAs/Rare-Earth Doped SnO2

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Evidence for Unruh's effect in hardon physics

In order that confinement should survive, light quarks inside hadrons have a very high acceleration and will feel a thermal bath with an Unruh temperature near 137 MeV. We show that this temperature is consistent with the experimentally observed departure from the Gottfried sum rule for the difference of the proton and neutron structure functions in deep inelastic electron scattering.

Shape resonance spectra of lignin subunits

We report integral cross sections for elastic electron scattering by the lignin subunits phenol, guaiacol, and p-coumaryl alcohol. Our calculations employed the Schwinger multichannel method with pseudopotentials and indicate three to four pi* shape resonances for each of these systems, suggesting that low-energy electrons could efficiently transfer energy into the lignin matrix. We also discuss dissociation mechanisms based on the calculated cross sections, available experimental data, virtual orbital analysis, and the knowledge on electron interactions with biomolecules. Our results point out a physical-chemical basis for electron-driven biomass delignification. The latter would be an essential step for efficient biofuel production from lignocellulosic materials.

Carlosbarbosaite, ideally (UO2)(2)Nb2O6(OH)(2)center dot 2H(2)O, a new hydrated uranyl niobate mineral with tunnels from Jaguaracu, Minas Gerais, Brazil: description and crystal structure

Carlosbarbosaite, ideally (UO2)(2)Nb2O6(OH)(2)center dot 2H(2)O, is a new mineral which occurs as a late cavity filling in albite in the Jaguaracu pegmatite, Jaguaracu municipality, Minas Gerais, Brazil. The name honours Carlos do Prado Barbosa (1917-2003). Carlosbarbosaite forms long flattened lath-like crystals with a very simple orthorhombic morphology. The crystals are elongated along [001] and flattened on (100); they are up to 120 mu m long and 2-5 mu m thick. The colour is cream to pale yellow, the streak yellowish white and the lustre vitreous. The mineral is transparent (as individual crystals) to translucent (massive). It is not fluorescent under either long-wave or short-wave ultraviolet radiation. Carlosbarbosaite is biaxial(+) with alpha = 1.760(5), beta = 1.775(5), gamma = 1.795(5), 2V(meas) = 70(1)degrees, 2V(calc) = 83 degrees. The orientation is X parallel to a, Y parallel to b, Z parallel to c. Pleochroism is weak, in yellowish green shades, which are most intense in the Z direction. Two samples were analysed. For sample I, the composition is: UO3 54.52, CaO 2.07, Ce2O3 0.33, Nd2O3 0.49, Nb2O5 14.11, Ta2O5 15.25, TiO2 2.20, SiO2 2.14, Fe2O3 1.08, Al2O3 0.73, H2O (calc.) 11.49, total 104.41 wt.%; the empirical formula is (square 0.68Ca0.28Nd0.02Ce0.02)(Sigma=1.00)[U-1.44 square O-0.56(2.88)(H2O)(1.12)](Nb0.80Ta0.52Si0.27Ti0.21Al0.11Fe0.10)(Sigma=2.01) O-4.72(OH)(3.20)(H2O)(2.08). For sample 2, the composition is: UO3 41.83, CaO 2.10, Ce2O3 0.31, Nd2O3 1.12, Nb2O5 14.64, Ta2O5 16.34, TiO2 0.95, SiO2 3.55, Fe2O3 0.89, Al2O3 0.71, H2O (calc.) 14.99, total 97.43 wt.%; the empirical formula is (square 0.67Ca0.27Nd0.05Ce0.01)(Sigma=1.00)[U-1.04 square O-0.96(2.08)(H2O)(1.92)] (Nb0.79Ta0.53Si0.42Ti0.08Al0.10Fe0.08)(Sigma=2.00)O-4.00(OH)(3.96)(H2O)(2.04). The ideal endmember formula is (UO2)(2)Nb2O6(OH)(2)center dot 2H(2)O. Calculated densities are 4.713 g cm(-3) (sample 1) and 4.172 g cm(-3) (sample 2). Infrared spectra show that both (OH) and H2O are present. The strongest eight X-ray powder-diffraction lines [listed as d in angstrom(I)(hkl)] are: 8.405(8)(110), 7.081(10)(200), 4.201(9)(220), 3.333(6)(202), 3.053(8)(022), 2.931(7)(420), 2.803(6)(222) and 2.589(5)(040,402). The crystal structure was solved using single-crystal X-ray diffraction (R = 0.037) which gave the following data: orthorhombic, Cmem, a = 14.150(6), b = 10.395(4), c = 7.529(3) angstrom, V = 1107(1) angstrom(3), Z = 4. The crystal structure contains a single U site with an appreciable deficiency in electron scattering, which is populated by U atoms and vacancies. The U site is surrounded by seven 0 atoms in a pentagonal bipyramidal arrangemet. The Nb site is coordinated by four 0 atoms and two OH groups in an octahedral arrangement. The half-occupied tunnel Ca site is coordinated by four 0 atoms and four H2O groups. Octahedrally coordinated Nb polyhedra share edges and comers to form Nb2O6(OH)(2) double chains, and edge-sharing pentagonal bipyramidal U polyhedra form UO5 chains. The Nb2O6(OH)(2) and UO5 chains share edges to form an open U-Nb-phi framework with tunnels along [001] that contain Ca(H2O)(4) clusters. Carlosbarbosaite is closely related to a family of synthetic U-Nb-O framework tunnel structures, it differs in that is has an (OH)-bearing framework and Ca(H2O)(4) tunnel occupant. The structure of carlosbarbosaite resembles that of holfertite.

Messung des Wirkungsquerschnitts der Reaktion d(e,e'p)n für fehlende Impulse bis 950 MeV/c und Trennung der longitudinalen und transversalen Reaktionsanteile für fehlende Impulse bis 350 MeV/c

Die Dreispektrometeranlage der A1-Kollaboration am MainzerElektronenbeschleuniger MAMI wurde im Rahmen dieser Arbeitverwendet, um die Elektrodisintegration des Deuteronsmit Hilfe der Reaktion d(e,e'p)n zu untersuchen. Im ersten Teil der Untersuchungen wurde die longitudinaleund transversale Strukturfunktion aus denWirkungsquerschnitten extrahiert. Die Zentralwerte derkinematischen Parameter waren dabei wie folgt eingestellt:1) Der Impulsübertrag wurde für alle Messungen auf 450 MeV/c festgelegt.2) Das Proton wurde in Richtung des Impulsübertrags nachgewiesen (parallele Kinematik).3) Vier Einstellungen des Energieübertrags, und damit korrespondierend des fehlenden Impulses, wurden gemessen: Energieübertrag / MeV : 128, 226, 289, 360. Fehlender Impuls / (MeV/c): 50, 200, 275, 350.4) Für jede dieser vier Kinematiken wurden mindestens drei verschiedene Einschußenergien bzw. Elektronenstreuwinkel eingestellt, um die Strukturfunktionen mit Hilfe der Rosenbluth-Separation zu bestimmen. Im zweiten Teil der Untersuchungen wurde derWirkungsquerschnitt für hohe fehlende Impulse bestimmt.Dessen Zentralwerte wurden von 30 MeV/c bis 906 MeV/cvariiert, wobei für die hohen fehlenden Impulse das Protonweit außerhalb der Richtung des Impulsübertragesnachzuweisen war. Der Energieübertrag lag dabei zwischen180 MeV und 600 MeV und der Impulsübertrag zwischen608 MeV/c und 698 MeV/c.

Entwicklung einer Fokalebenen-Driftkammer für niederenergetische Pionen und experimentelle Bestimmung einer inversen Transfermatrix für das Short-Orbit-Spektrometer

Die Drei-Spektrometer-Anlage am Mainzer Institut für Kernphysik wurde um ein zusätzliches Spektrometer ergänzt, welches sich durch seine kurze Baulänge auszeichnet und deshalb Short-Orbit-Spektrometer (SOS) genannt wird. Beim nominellen Abstand des SOS vom Target (66 cm) legen die nachzuweisenden Teilchen zwischen Reaktionsort und Detektor eine mittlere Bahnlänge von 165 cm zurück. Für die schwellennahe Pionproduktion erhöht sich dadurch im Vergleich zu den großen Spektrometern die Überlebenswahrscheinlichkeit geladener Pionen mit Impuls 100 MeV/c von 15% auf 73%. Demzufolge verringert sich der systematische Fehler ("Myon-Kontamination"), etwa bei der geplanten Messung der schwachen Formfaktoren G_A(Q²) und G_P(Q²), signifikant. Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bildet die Driftkammer des SOS. Ihre niedrige Massenbelegung (0,03% X_0) zur Reduzierung der Kleinwinkelstreuung ist auf den Nachweis niederenergetischer Pionen hin optimiert. Aufgrund der neuartigen Geometrie des Detektors musste eine eigene Software zur Spurrekonstruktion, Effizienzbestimmung etc. entwickelt werden. Eine komfortable Möglichkeit zur Eichung der Driftweg-Driftzeit-Relation, die durch kubische Splines dargestellt wird, wurde implementiert. Das Auflösungsvermögen des Spurdetektors liegt in der dispersiven Ebene bei 76 µm für die Orts- und 0,23° für die Winkelkoordinate (wahrscheinlichster Fehler) sowie entsprechend in der nicht-dispersiven Ebene bei 110 µm bzw. 0,29°. Zur Rückrechnung der Detektorkoordinaten auf den Reaktionsort wurde die inverse Transfermatrix des Spektrometers bestimmt. Hierzu wurden an Protonen im ¹²C-Kern quasielastisch gestreute Elektronen verwendet, deren Startwinkel durch einen Lochkollimator definiert wurden. Daraus ergeben sich experimentelle Werte für die mittlere Winkelauflösung am Target von sigma_phi = 1,3 mrad bzw. sigma_theta = 10,6 mrad. Da die Impulseichung des SOS nur mittels quasielastischer Streuung (Zweiarmexperiment) durchgeführt werden kann, muss man den Beitrag des Protonarms zur Breite des Piks der fehlenden Masse in einer Monte-Carlo-Simulation abschätzen und herausfalten. Zunächst lässt sich nur abschätzen, dass die Impulsauflösung sicher besser als 1% ist.

Study of electromagnetic reactions on light nuclei with the Lorentz Integral Transform method

In dieser Arbeit aus dem Bereich der Wenig-Nukleonen-Physik wird die neu entwickelte Methode der Lorentz Integral Transformation (LIT) auf die Untersuchung von Kernphotoabsorption und Elektronenstreuung an leichten Kernen angewendet. Die LIT-Methode ermoeglicht exakte Rechnungen durchzufuehren, ohne explizite Bestimmung der Endzustaende im Kontinuum. Das Problem wird auf die Loesung einer bindungzustandsaehnlichen Gleichung reduziert, bei der die Endzustandswechselwirkung vollstaendig beruecksichtigt wird. Die Loesung der LIT-Gleichung wird mit Hilfe einer Entwicklung nach hypersphaerischen harmonischen Funktionen durchgefuehrt, deren Konvergenz durch Anwendung einer effektiven Wechselwirkung im Rahmem des hypersphaerischen Formalismus (EIHH) beschleunigt wird. In dieser Arbeit wird die erste mikroskopische Berechnung des totalen Wirkungsquerschnittes fuer Photoabsorption unterhalb der Pionproduktionsschwelle an 6Li, 6He und 7Li vorgestellt. Die Rechnungen werden mit zentralen semirealistischen NN-Wechselwirkungen durchgefuehrt, die die Tensor Kraft teilweise simulieren, da die Bindungsenergien von Deuteron und von Drei-Teilchen-Kernen richtig reproduziert werden. Der Wirkungsquerschnitt fur Photoabsorption an 6Li zeigt nur eine Dipol-Riesenresonanz, waehrend 6He zwei unterschiedliche Piks aufweist, die dem Aufbruch vom Halo und vom Alpha-Core entsprechen. Der Vergleich mit experimentellen Daten zeigt, dass die Addition einer P-Wellen-Wechselwirkung die Uebereinstimmung wesentlich verbessert. Bei 7Li wird nur eine Dipol-Riesenresonanz gefunden, die gut mit den verfuegbaren experimentellen Daten uebereinstimmt. Bezueglich der Elektronenstreuung wird die Berechnung der longitudinalen und transversalen Antwortfunktionen von 4He im quasi-elastischen Bereich fuer mittlere Werte des Impulsuebertrages dargestellt. Fuer die Ladungs- und Stromoperatoren wird ein nichtrelativistisches Modell verwendet. Die Rechnungen sind mit semirealistischen Wechselwirkungen durchgefuert und ein eichinvarianter Strom wird durch die Einfuehrung eines Mesonaustauschstroms gewonnen. Die Wirkung des Zweiteilchenstroms auf die transversalen Antwortfunktionen wird untersucht. Vorlaeufige Ergebnisse werden gezeigt und mit den verfuegbaren experimentellen Daten verglichen.

Pi +-Elektroproduktion an der Schwelle

Die Messung der Elektroproduktion geladener Pionen in der Nähe der Produktionsschwelle ermöglicht die Bestimmung des axialen Formfaktors des Nukleons G_A(Q²) und aus seinem Verlauf die Extraktion der axialen Masse M_A. Diese Größe kann im Rahmen der chiralen Störungstheorie vorhergesagt werden, so daß ihre experimentelle Bestimmung eine Überprüfung der theoretischen Beschreibung des Nukleons erlaubt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die bereits am Institut für Kernphysik der Universität Mainz in der A1-Kollaboration durchgeführten Messungen der Reaktion H(e,e'Pi+)n bei einer Schwerpunktsenergie von W = 1125 MeV und einem Vierer- impulsübertrag Q² von 0.117, 0.195 und 0.273 (GeV/c)² durch eine weitere Messung bei Q² = 0.058 (GeV/c)² ergänzt. In einer zweiten Meßperiode wurden zusätzlich die Messungen für die Q²-Werte von 0.117 und 0.195 (GeV/c)² wiederholt. Für alle Q²-Werte wurden Daten bei mindestens drei verschiedenen Werten der Polarisation des virtuellen Photons genommen, so daß für alle Messungen eine Rosenbluthseparation durchgeführt werden konnte, um den transversalen und den longitudinalen Anteil des Wirkungsquerschnitts zu bestimmen. Das Ergebnis für Q² = 0.195 (GeV/c)² stimmt im Rahmen der Fehler mit dem alten Ergebnis überein, für Q² = 0.117 (GeV/c)² ergibt sich eine deutliche Abweichung des longitudinalen Anteils. Das Ergebnis für Q² = 0.058 (GeV/c)² liegt unter der aus den alten Messungen gewonnenen Vorhersage. Der induzierte pseudoskalare Formfaktor des Nukleons G_P(Q²) kann ebenfalls in der Pionelektroproduktion bestimmt werden, wenn die Messung bei einer Schwerpunktsenergie nur wenige MeV über der Produktionsschwelle stattfindet. Eine solche Messung erfordert den Nachweis von Pionen mit kinetischen Energien unter 35 MeV, für den die in der A1-Kollaboration vorhandenen Spektrometer nicht geeignet sind. Im apparativen Teil der Arbeit wurde daher ein Szintillatorhodoskop für ein dediziertes Pionspektrometer mit kurzer Weglänge gebaut und getestet. Außerdem wurden für dieses sogenannte Short-Orbit-Spektrometer drei Kollimatoren entworfen und eingebaut.

Bestimmung der Analysierstärke des A4-Compton-Rückstreupolarimeters 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 Paritätsverletzung in der elastischen Elektron-Nukleon-Streuung. Diese Messungen werden mit dem spinpolarisierten Elektronenstrahl des Mainzer Mikrotrons (MAMI) bei Strahlenergien zwischen 315 und 1508 MeV ndurchgeführt. Die Bestimmung des Strahlpolarisationsgrades ist für die Analyse der Daten unerläßlich, um die physikalische Asymmetrie aus der gemessenen paritätsverletzenden Asymmetrie extrahieren zu können. Aus diesem Grund wird von der A4-Kollaboration ein neuartiges Compton-Laserrückstreupolarimeter entwickelt, das eine zerstörungsfreie Messung der Strahlpolarisation, parallel zum laufenden Paritätsexperiment erlaubt. Um den zuverlässigen Dauerbetrieb des Polarimeters zu ermöglichen, wurde das Polarimeter im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelt. Das Datenerfassungssystem für Photonen- und Elektronendetektor wurde neu aufgebaut und im Hinblick auf die Verarbeitung hoher Raten optimiert. Zum Nachweis der rückgestreuten Photonen wurde ein neuartiger Detektor (LYSO) in Betrieb genommen. Darüber hinaus wurden GEANT4-Simulationen der Detektoren durchgeführt und eine Analyseumgebung für die Extraktion von Comptonasymmetrien aus den Rückstreudaten entwickelt. Das Analyseverfahren nutzt die Möglichkeit, die rückgestreuten Photonen durch koinzidente Detektion der gestreuten Elektronen energiemarkiert nachzuweisen (Tagging). Durch die von der Energiemarkierung eingeführte differentielle Energieskala wird somit eine präzise Bestimmung der Analysierstärke möglich. In der vorliegenden Arbeit wurde die Analysierstärke des Polarimeters bestimmt, so daß nun das Produkt von Elektronen- und Laserstrahlpolarisation bei einem Strahlstrom von 20 muA, parallel zum laufenden Paritätsexperiment, 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. Für die Daten zur Messung der paritätsverletzenden Elektronenstreuung bei einem Viererimpulsübertrag von $Q^2=0,6 (GeV/c)^2$ beträgt die Rohasymmetrie beim derzeitigen Stand der Analyse $A_{PV}^{Roh} = ( -20,0 pm 0,9_{stat} ) cdot 10^{-6}$. Für eine Strahlpolarisation von 80% erhält man einen Gesamtfehler von $1,68 cdot 10^{-6}$ für $Delta P_e/P_e = 5 %$. Als Ergebnis dieser Arbeit wird sich dieser Fehler durch Analyse der Daten des Compton-Laserrückstreupolarimeters um 29% auf $1,19 cdot 10^{-6}$ ($Delta P_e/P_e = 1,5 %$) verringern lassen.

Untersuchung der Kernstruktur von 3 He mittels Polarisationsobservablen

Durch die Möglichkeit, gleichzeitig mehrere Polarisationsfreiheitsgradernin der quasi-elastischen Elektronstreuung an $^3mathrm{He}$ zurnmessen, bietet sich ein neuer experimenteller Zugang zu kleinen, aber rnwichtigen Partialwellenbeiträgen ($S'$, $D$-Welle) desrn$^3mathrm{He}$-Grundzustands. Dies ermöglicht nicht nur ein tieferesrnVerständnis des Drei-Körper-Systems, sondern bietet auch diernMöglichkeit, Erkenntnisse über die $^3mathrm{He}$-Struktur undrnDynamik zu erlangen. Mit Hilfe dieser Informationen lassen sich abrninitio Rechnungen testen, sowie Korrekturen berechnen, die für anderernExperimente (z.B. Messung von $G_{en}$) benötigt werden. rnrnModerne Faddeev-Rechnungen liefern nicht nur eine quantitativernBeschreibung des $^3mathrm{He}$-Grundzustands, sondern geben auchrneinen Einblick in die sogenannten spinabhängigenrnImpulsverteilungen. Eine gründliche experimentelle Untersuchung ist in rndiesem Zusammenhang nötig, um eine solide Basis für die Üperprüfungrnder 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 rndurchgeführt. 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 über eine gemessenernSpektralfunktion berechnet. Der Vergleich mit den Modellrechnungenrnzeigt, dass sowohl der Wirkungsquerschnitt, als auch die Doppel- undrnDreifach-Asymmetrie gut mit den theoretischen Rechnungenrnübereinstimmen. rnrnDie Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass polarisiertesrn$^3mathrm{He}$ nicht nur als polarisiertes Neutronentarget, sondernrndurch Nachweis des Deuterons ebenfalls als polarisiertesrnProtonentarget verwendet werden kann.

Theoretical analysis of hidden photon searches in high-precision experiments

Although the Standard Model of particle physics (SM) provides an extremely successful description of the ordinary matter, one knows from astronomical observations that it accounts only for around 5% of the total energy density of the Universe, whereas around 30% are contributed by the dark matter. Motivated by anomalies in cosmic ray observations and by attempts to solve questions of the SM like the (g-2)_mu discrepancy, proposed U(1) extensions of the SM gauge group have raised attention in recent years. In the considered U(1) extensions a new, light messenger particle, the hidden photon, couples to the hidden sector as well as to the electromagnetic current of the SM by kinetic mixing. This allows for a search for this particle in laboratory experiments exploring the electromagnetic interaction. Various experimental programs have been started to search for hidden photons, such as in electron-scattering experiments, which are a versatile tool to explore various physics phenomena. One approach is the dedicated search in fixed-target experiments at modest energies as performed at MAMI or at JLAB. In these experiments the scattering of an electron beam off a hadronic target e+(A,Z)->e+(A,Z)+l^+l^- is investigated and a search for a very narrow resonance in the invariant mass distribution of the lepton pair is performed. This requires an accurate understanding of the theoretical basis of the underlying processes. For this purpose it is demonstrated in the first part of this work, in which way the hidden photon can be motivated from existing puzzles encountered at the precision frontier of the SM. The main part of this thesis deals with the analysis of the theoretical framework for electron scattering fixed-target experiments searching for hidden photons. As a first step, the cross section for the bremsstrahlung emission of hidden photons in such experiments is studied. Based on these results, the applicability of the Weizsäcker-Williams approximation to calculate the signal cross section of the process, which is widely used to design such experimental setups, is investigated. In a next step, the reaction e+(A,Z)->e+(A,Z)+l^+l^- is analyzed as signal and background process in order to describe existing data obtained by the A1 experiment at MAMI with the aim to give accurate predictions of exclusion limits for the hidden photon parameter space. Finally, the derived methods are used to find predictions for future experiments, e.g., at MESA or at JLAB, allowing for a comprehensive study of the discovery potential of the complementary experiments. In the last part, a feasibility study for probing the hidden photon model by rare kaon decays is performed. For this purpose, invisible as well as visible decays of the hidden photon are considered within different classes of models. This allows one to find bounds for the parameter space from existing data and to estimate the reach of future experiments.

Detection of back-to-back proton pairs in charged-current neutrino interactions with the ArgoNeuT detector in the NuMI low energy beam line

Short range nucleon-nucleon correlations in nuclei (NN SRC) carry important information on nuclear structure and dynamics. NN SRC have been extensively probed through two-nucleon knock- out reactions in both pion and electron scattering experiments. We report here on the detection of two-nucleon knock-out events from neutrino interactions and discuss their topological features as possibly involving NN SRC content in the target argon nuclei. The ArgoNeuT detector in the Main Injector neutrino beam at Fermilab has recorded a sample of 30 fully reconstructed charged current events where the leading muon is accompanied by a pair of protons at the interaction vertex, 19 of which have both protons above the Fermi momentum of the Ar nucleus. Out of these 19 events, four are found with the two protons in a strictly back-to-back high momenta configuration directly observed in the final state and can be associated to nucleon Resonance pionless mechanisms involving a pre-existing short range correlated np pair in the nucleus. Another fraction (four events) of the remaining 15 events have a reconstructed back-to-back configuration of a np pair in the initial state, a signature compatible with one-body Quasi Elastic interaction on a neutron in a SRC pair. The detection of these two subsamples of the collected (mu- + 2p) events suggests that mechanisms directly involving nucleon-nucleon SRC pairs in the nucleus are active and can be efficiently explored in neutrino-argon interactions with the LAr TPC technology.

Optoelectronic Properties of InAlN/GaN Distributed Bragg Reflector Heterostructure Examined by Valence

High-resolution monochromated electron energy loss spectroscopy (EELS) at subnanometric spatial resolution and <200 meV energy resolution has been used to assess the valence band properties of a distributed Bragg reflector multilayer heterostructure composed of InAlN lattice matched to GaN. This work thoroughly presents the collection of methods and computational tools put together for this task. Among these are zero-loss-peak subtraction and nonlinear fitting tools, and theoretical modeling of the electron scattering distribution. EELS analysis allows retrieval of a great amount of information: indium concentration in the InAlN layers is monitored through the local plasmon energy position and calculated using a bowing parameter version of Vegard Law. Also a dielectric characterization of the InAlN and GaN layers has been performed through Kramers-Kronig analysis of the Valence-EELS data, allowing band gap energy to be measured and an insight on the polytypism of the GaN layers.