Looking for meson molecules in B decays

We discuss the possibility of observing a loosely bound molecular state in a three-body hadronic B decay. In particular, we use the QCD sum rule approach to study eta' - pi molecular current. We consider an isovector-scalar I(G)J(PC) = 1(-)0(++) molecular current, and we use two- and three-point functions to study the mass and decay width of such a state. We consider the contributions of condensates up to dimension six, and we work at leading order in alpha(s). We obtain a mass around 1.1 GeV, consistent with a loosely bound state, and eta' - pi -> K+K- decay width around 10 MeV.

Neutral pion and eta meson production in proton-proton collisions at root s=0.9 TeV and root s=7 TeV

The first measurements of the invariant differential cross sections of inclusive pi(0) and eta meson production at mid-rapidity in proton-proton collisions root s = 0.9 TeV and root s = 7 TeV are reported. The pi(0) measurement covers the ranges 0.4 < p(T) < 7 GeV/c and 0.3 < p(T) < 25 GeV/c for these two energies, respectively. The production of eta mesons was measured at root s = 7 TeV in the range 0.4 < p(T) < 15 GeV/c. Next-to-Leading Order perturbative QCD calculations, which are consistent with the pi(0) spectrum at root s = 0.9 TeV, overestimate those of pi(0) and eta mesons at root s = 7 TeV, but agree with the measured eta/pi(0) ratio at root s = 7 TeV. (C) 2012 CERN. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Forward-angle incoherent photoproduction of pseudoscalar mesons off nuclei

The mechanism of forward angle incoherent photoproduction of pseudoscalar mesons off nuclei is revisited via the time-dependent multicollisional Monte Carlo (MCMC) intranuclear cascade model. Our results-combined with recent developments to address coherent photoproduction-reproduce with good accuracy recent JLab data of pi(0) photoproduction from carbon and lead at an average photon energy k similar to 5.2 GeV. For the case of. photoproduction, our results for k = 9 GeV suggest that future measurements to extract the eta ->gamma gamma decay width via the Primakoff method should be focused on light nuclei, where the disentanglement between the Coulomb and strong amplitudes is more easily achieved. The prospects to use heavy nuclei data to access the unknown eta N cross section in cold nuclear matter are also presented.

D-S(+) meson production at central rapidity in proton-proton collisions at root s=7 TeV

The P-T-differential inclusive production cross section of the prompt charm-strange meson D-s(+) in the rapidity range vertical bar y vertical bar < 0.5 was measured in proton-proton collisions at root s = 7 TeV at the LHC using the ALICE detector. The analysis was performed on a data sample of 2.98 x 10(8) events collected with a minimum-bias trigger. The corresponding integrated luminosity is L-int = 4.8 nb(-1). Reconstructing the decay D-s(+) -> phi pi(+) with phi -> K-K+, and its charge conjugate, about 480 D-s(+/-) mesons were counted, after selection cuts, in the transverse momentum range 2 < P-T < 12 GeV/c. The results are compared with predictions from models based on perturbative QCD. The ratios of the cross sections of four D meson species (namely D-0, D+, D*+ and D-s(+)) were determined both as a function of p(T) and integrated over p(T)after extrapolating to full p(T) range, together with the strangeness suppression factor in charm fragmentation. The obtained values are found to be compatible within uncertainties with those measured by other experiments in e(+)e(-), ep and pp interactions at various centre-of-mass energies. (C) 2012 CERN. Published by Elsevier By. All rights reserved.

Light vector meson production in pp collisions at root s=7 TeV ALICE Collaboration

The ALICE experiment has measured low-mass dimuon production in pp collisions at root s = 7 TeV in the dimuon rapidity region 2.5 < y < 4. The observed dimuon mass spectrum is described as a superposition of resonance decays (eta, rho, omega, eta', phi) into muons and semi-leptonic decays of charmed mesons. The measured production cross sections for omega and phi are sigma(omega)(1 < p(t) < 5 GeV/c. 2.5 < y < 4) = 5.28 +/- 0.54(stat) +/- 0.49(syst) mb and sigma(phi)(1 < p(t) < 5 GeV/c. 2.5 < y < 4) = 0.940 +/- 0.084(stat) +/- 0.076(syst) mb. The differential cross sections d(2)sigma/dy dp(t) are extracted as a function of p(t) for omega and phi. The ratio between the rho and omega cross section is obtained. Results for the phi are compared with other measurements at the same energy and with predictions by models. (C) 2012 CERN. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Measurement of low pT D0 meson production cross section at CDF II

In this thesis we present a study of the D0 meson (through one of its two-body decay channel, D0 → Kπ) collected by the CDF II experiment at the Tevatron pp ̄ collider at Fermilab. In particular we measured the differential production cross section as a function of the transverse momentum down to pT = 1.5 GeV/c.

Aufbau des Crystal-Ball-Detektorsystems und Untersuchung der Helizitätsasymmetrie in gamma p p pi 0 pi 0

Seit Frühjahr 2004 wird der Crystal Ball-Detektor am Photonenstrahl des Mainzer Mikrotrons für Koinzidenzexperimente zur Untersuchung der Struktur der Nukleonen genutzt. Aufbau und Inbetriebnahme des Kalorimeters, insbesondere der neuen Detektorelektronik, bilden einen Schwerpunkt dieser Arbeit. Komponenten wurden neu konstruiert oder auf ihre Verwendbarkeit geprüft und nögenfalls modifiziert. Nach erfolgreichem Abschluss der Aufbauphase wurden Experimente zur Produktion von $pi$- und $eta$-Mesonen am Proton mit mehr als 2500 Stunden Strahlbetrieb durchgeführt. Den zweiten Schwerpunkt der Dissertation bildet die erstmalige Messung der Helizitätsasymmetrie I$^odot$ in der Photoproduktion zweier neutraler Pionen. Zum Verstädnis des Anregungsspektrums der Nukleonen müssen Experimente mit polarisierten Photonen und/oder polarisierten Targets durchgeführt werden. Da Modelle trotz unterschiedlicher Annahmen unpolarisiert gemessene Größen vergleichbar gut reproduzieren, ist die Bestimmung der auf Modellunterschiede empfindlichen Polarisationsobservablen unumgäglich. Im Gegensatz zur Einpionproduktion tritt in der Zweipionproduktion eine Einfachpolarisationsobservable auf, die mit zirkular polarisierten Photonen am unpolarisierten Proton gemessen werden kann. Diese wurde in der Reaktion $gamma$ p $rightarrow$ p $pi^0$ $pi^0$ und in $gamma$ p $rightarrow$ p $pi^+$ $pi^-$ energie- und winkelabhägig bestimmt. Die Ergebnisse weichen stark von den Modellvorhersagen ab.

Study of the helicity dependence of single pion photoproduction on the deuteron

Der erste experimentelle Test der GDH-Summenregel für das Proton wurde 1998 am MAMI-Beschleuniger der Universität Mainz durchgeführt. Ferner wurde ein Pilot-Experiment mit einem polarisierten Deuteron-Target vorgenommen. Dieselbe Kollaboration führte 2003 ein auf das Deuteron ausgerichtetes Experiment durch mit der Absicht, die GDH-Summenregel für das Neutron zu untersuchen. Der in beiden Experimenten verwendete Aufbau erlaubt nicht nur die Messung des totalen Wirkungsquerschnitts, sondern auch gleichzeitig einzelne Teilreaktionen zu studieren. In dieser Arbeit werden die Daten des Deuteron-Pilot-Experiments von 1998 analysiert. Desweiteren wird eine Studie der Helizitätsabhängigkeit der differenziellen Wirkungsquerschnitte für drei Pion-Photoproduktionskanäle des Deuterons in der oberen Hälfte der Delta-Resonanz präsentiert. Diese Ergebnisse werden mit einem theoretischen Modell verglichen. Dabei wurde eine hinreichend gute Übereinstimmung für die unpolarisierten Reaktionen gefunden, während für die polarisierten Kanäle kleinere Diskrepanzen beobachtet wurden. Der Targetpolarisationsgrad ist einer der relevanten Parameter, der für eine absolute Normalisierung der Wirkungsquerschnitte notwendig ist. Die Analyse dieses Parameters für die 2003er Daten wird in der vorliegenden Arbeit vorgestellt. Zur Zeit ist in Mainz ein Frozen-Spin-Target im Bau. Es wird als Target für polarisierte Protonen oder polarisierte Deuteronen für zukünftige Experimente mit dem Crystal Ball zur Verfügung stehen. Die Vorbereitungen der verschiedenen Subsysteme dieses Aufbaus stellten einen wichtigen Teil dieser Arbeit dar. Die fundamentalen Grundlagen der Methode und deren technische Umsetzung, sowie der momentane Status der Aufbauarbeiten am Target werden im Detail präsentiert.

First doubly polarised photoproduction on 3 He at the photon beam of MAMI

Im Juli 2009 wurde am Mainzer Mikrotron (MAMI) erstmal ein Experiment durchgeführt, bei dem ein polarisiertes 3He Target mit Photonen im Energiebereich von 200 bis 800 MeV untersucht wurde. Das Ziel dieses Experiments war die Überprüfung der Gerasimov-Drell-Hearn Summenregel am Neutron. Die Verwendung der Messdaten welche mit dem polarisierten 3He Target gewonnen wurden, geben - im Vergleich mit den bereits existieren Daten vom Deuteron - aufgrund der Spin-Struktur des 3He einen komplementären und direkteren Zugang zum Neutron. Die Messung des totalen helizitätsabhängigen Photoabsorptions-Wirkungsquerschnitts wurde mittels eines energiemarkierten Strahls von zirkular polarisierten Photonen, welcher auf das longitudinal polarisierte 3He Target trifft, durchgeführt. Als Produktdetektoren kamen der Crystal Ball (4π Raumabdeckung), TAPS (als ”Vorwärtswand”) sowie ein Schwellen-Cherenkov-Detektor (online Veto zur Reduktion von elektromagnetischen Ereignissen) zum Einsatz. Planung und Aufbau der verschiedenen komponenten Teile des 3He Experimentaufbaus war ein entscheidender Teil dieser Dissertation und wird detailliert in der vorliegenden Arbeit beschrieben. Das Detektorsystem als auch die Analyse-Methoden wurden durch die Messung des unpolarisierten, totalen und inklusiven Photoabsoprtions-Wirkungsquerschnitts an flüssigem Wasserstoff getestet. Hierbei zeigten die Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit bereits zuvor publizierten Daten. Vorläufige Ergebnisse des unpolarisierten totalen Photoabsorptions-Wirkungsquerschnitts sowie der helizitätsabhängige Unterschied zwischen Photoabsorptions-Wirkungsquerschnitten an 3He im Vergleich zu verschiedenen theoretischen Modellen werden vorgestellt.

Exclusive vector meson production in pp collisions at the COMPASS experiment

Produktionsmechanismen für 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 können die diffraktive Anregung des Strahlteilchens mit anschliessendem Zerfall der Resonanz, zentrale Produktion und den damit verwandten “Shake-off” Mechanismus enthalten. Die für diese Arbeit verwendeten Daten wurden in den Jahren 2008 und 2009 mit 190 GeV/c-Protonen aufgenommen, die auf ein Flüssigwasserstofftarget trafen. Das Target war von einem Rückstoßprotonendetektor umgeben, der ein integraler Bestandteil des neuentwickelten Hadrontriggersystems ist. Für dieses System wurden außerdem einige neue Detektoren gebaut. Die Leistungsfähigkeit des Rückstoßprotonendetektors und des Triggersystems wird untersucht und Effizienzen extrahiert. Außerdem wird sowohl eine Methode zur Rekonstruktion von Rückstoßprotonen als auch eine Methode zur Kalibration des Rückstoßprotonendetektors 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 Impulsübertrag zwischen 0.1 (GeV/c)^2 und 1 (GeV/c)^2 gemessen. Das Produktionsverhältnis 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 abhängig von xF ist. Die Verletzung wird in Verbindung zu resonanten Strukturen im pomega-Massenspektrum diskutiert. Die xF-Abhängigkeit verschwindet, wenn man die Region niedriger pomega- und pphi-Masse entfernt, die solche resonanten Strukturen aufweist. Zusätzlich wird die Spinausrichtung bzw. das Spindichtematrixelement rho00 für omega- und phi-Mesonen untersucht. Die Spinausrichtung wird im Helizitätssystemrnanalysiert, welches für eine Abgrenzung von resonanten, diffraktiven Anregungen geeignet ist. Außerdem wird die Spinausrichtung in einem Referenzsystem mit Bezug auf die Richtung des Impulsübertrags untersucht, mit dessen Hilfe zentrale Prozesse wie zentrale Produktion oder “shake-off” abgegrenzt werden. Auch hier wird eine Abhängigkeit von xF und der invarianten Masse des pomega-Systems beobachtet. Diese Abhängigkeit kann wieder auf die resonanten Strukturen in der Produktion von omega-Mesonen zurückgeführt werden. Die Ergebnisse werden abschließend im Hinblick auf die verschiedenen Produktionsmechanismen diskutiert.

Single meson production in proton diffraction at 190 GeV/c at COMPASS

The quark model successfully describes all ground state bary-ons as members of $SU(N)$ flavour multiplets. For excited baryon states the situation is totally different. There are much less states found in the experiment than predicted in most theoretical calculations. This fact has been known for a long time as the 'missing resonance problem'. In addition, many states found in experiments are only poorly measured up to now. Therefore, further experimental efforts are needed to clarify the situation.rnrnAt mbox{COMPASS}, reactions of a $190uskgigaeVperclight$ hadron beam impinging on a liquid hydrogen target are investigated.rnThe hadron beam contains different species of particles ($pi$, $K$, $p$). To distinguish these particles, two Cherenkov detectors are used. In this thesis, a new method for the identification of particles from the detector information is developed. This method is based on statistical approaches and allows a better kaon identification efficiency with a similar purity compared to the method, which was used before.rnrnThe reaction $pprightarrow ppX$ with $X=(pi^0,~eta,~omega,~phi)$ is used to study different production mechanisms. A previous analysis of $omega$ and $phi$ mesons is extended to pseudoscalar mesons. As the resonance contributions in $peta$ are smaller than in $ppi^0$ a different behaviour of these two final states is expected as a function of kinematic variables. The investigation of these differences allows to study different production mechanisms and to estimate the size of the resonant contribution in the different channels.rnrnIn addition, the channel $pprightarrow ppX$ allows to study baryon resonances in the $pX$ system.rnIn the mbox{COMPASS} energy regime, the reaction is dominated by Pomeron exchange. As a Pomeron carries vacuum quantum numbers, no isospin is transferred between the target proton and the beam proton. Therefore, the $pX$ final state has isospin $textstylefrac{1}{2}$ and all baryon resonances in this channel are $N^ast$ baryons. This offers the opportunity to do spectroscopy without taking $Delta$ resonances into account. rnrnTo disentangle the contributions of different resonances a partial wave analysis (PWA) is used. Different resonances have different spin and parity $J^parity$, which results in different angular distributions of the decay particles. These angular distributions can be calculated from models and then be fitted to the data. From the fit the contributions of the single resonances as well as resonance parameters -- namely the mass and the width -- can be extracted. In this thesis, two different approaches for a partial wave analysis of the reaction $pprightarrow pppi^0$ are developed and tested.

Kaon and D meson masses with N_f = 2+1+1 twisted mass lattice QCD

We discuss the computation of the kaon and D meson masses in the N_f = 2+1+1 twisted mass lattice QCD setup, where explicit heavy flavor and parity breaking occurs at finite lattice spacing. We present three methods suitable in this context and verify their consistency.