Cold nuclear matter effects on J/psi production as constrained by deuteron-gold measurements at root S(NN)=200 GeV

We present a new analysis of J/psi production yields in deuteron-gold collisions at root s(NN) =200 GeV using data taken from the PHENIX experiment in 2003 and previously published in S. S. Adler [Phys. Rev. Lett 96, 012304 (2006)]. The high statistics proton-proton J/psi data taken in 2005 are used to improve the baseline measurement and thus construct updated cold nuclear matter modification factors (R(dAu)). A suppression of J/psi in cold nuclear matter is observed as one goes forward in rapidity (in the deuteron-going direction), corresponding to a region more sensitive to initial-state low-x gluons in the gold nucleus. The measured nuclear modification factors are compared to theoretical calculations of nuclear shadowing to which a J/psi (or precursor) breakup cross section is added. Breakup cross sections of sigma(breakup)=2.8(-1.4)(+1.7) (2.2(-1.5)(+1.6)) mb are obtained by fitting these calculations to the data using two different models of nuclear shadowing. These breakup cross-section values are consistent within large uncertainties with the 4.2 +/- 0.5 mb determined at lower collision energies. Projecting this range of cold nuclear matter effects to copper-copper and gold-gold collisions reveals that the current constraints are not sufficient to firmly quantify the additional hot nuclear matter effect.

Centrality dependence of charged hadron production in deuteron plus gold and nucleon plus gold collisions at root S(NN)=200 GeV

We present transverse momentum (p(T)) spectra of charged hadrons measured in deuteron-gold and nucleon-gold collisions at root s(NN)=200 GeV for four centrality classes. Nucleon-gold collisions were selected by tagging events in which a spectator nucleon was observed in one of two forward rapidity detectors. The spectra and yields were investigated as a function of the number of binary nucleon-nucleon collisions, nu, suffered by deuteron nucleons. A comparison of charged particle yields to those in p+p collisions show that yield per nucleon-nucleon collision saturates with nu for high momentum particles. We also present the charged hadron to neutral pion ratios as a function of p(T).

Linear relation between deuteron matter radius and the scattering length

We explain the empirical linear relations between the triplet scattering length, or the asymptotic normalization constant, and the deuteron matter radius using the effective range expansion in a manner similar to a recent paper by Bhaduri et al. We emphasize the corrections due to the finite force range and to shape dependence. The discrepancy between the experimental values and the empirical line shows the need for a larger value of the wound extension, a parameter which we introduce here. Short-distance nonlocality of the n-p interaction is a plausible explanation for the discrepancy.

Deuteron properties using a truncated one-piox exchange potential

Deuteron properties are studied using the one-pion exchange potential truncated at a radius R, with a constant interior potential. The spectrum of bound states and their properties are put in evidence. We discuss the relation of this model to more realistic models of the nucleon-nucleon interaction.

A MODEL OF THE DEUTERON BASED ON A BREIT TYPE EQUATION

A relativistic treatment of the deuteron and its observables based on a two-body Dirac (Breit) equation, with phenomenological interactions, associated to one-boson exchanges with cutoff masses, is presented. The 16-component wave function for the deuteron (J(pi) = 1+) solution contains four independent radial functions which obey a system of four coupled differential equations of first order. This radial system is numerically integrated, from infinity to the origin, by fixing the value of the deuteron binding energy and using appropriate boundary conditions at infinity. Specific examples of mixtures containing scalar, pseudoscalar and vector like terms are discussed in some detail and several observables of the deuteron are calculated. Our treatment differs from more conventional ones in that nonrelativistic reductions of the order c-2 are not used.

Two-body Dirac equation approach to the deuteron

The two-body Dirac(Breit) equation with potentials associated to one-boson-exchanges with cutoff masses is solved for the deuteron and its observables calculated. The 16-component wave-function for the Jπ = 1+ state contains four independent radial functions which satisfy a system of four coupled differential equations of first order. This system is numerically integrated, from infinity towards the origin, by fixing the value of the deuteron binding energy and imposing appropriate boundary conditions at infinity. For the exchange potential of the pion, a mixture of direct plus derivative couplings to the nucleon is considered. We varied the pion-nucleon coupling constant, and the best results of our calculations agree with the lower values recently determined for this constant.

Kohärente Elektroproduktion von neutralen Pionen am Deuteron nahe der Schwelle

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das an derDrei-Spektrometer-Anlage derA1-Kollaboration des Institutes für Kernphysik derUniversität Mainzdurchgeführte Koinzidenz-Experiment zur Elektroproduktionvon neutralenPionen nahe der Schwelle am Deuteron bei einemViererimpulsübertrag vonq^2=-0.1 GeV^2/c^2 vorgestellt. Diese Messung stellt denerstenexperimentellen Zugang zum longitudinalen Anteil desWirkungsquerschnittes dieser Reaktion überhaupt dar. ZurSeparationder verschiedenen Wirkungsquerschnittsanteile wurden Datenbei dreiPolarisationen des virtuellen Photons bis 4 MeV oberhalb derPionproduktionsschwelle genommen. Eine besondereHerausforderung ergabsich aus der mit beta=0.16 geringsten bisher mit demDetektorsystem nachgewiesenen Teilchengeschwindigkeit derDeuteronenund dem erstmaligen kohärenten Nachweis des Deuterons. Aus den in zwei Strahlzeiten gewonnenen Daten wurden mitHilfe einerRosenbluth-Separation der longitudinale und transversaleAnteil desWirkungsquerschnittes ermittelt. Unter Verwendung aller 144Datenpunkte derdifferentiellen Wirkungsquerschnitte konnten bei schwachenAnnahmen für dieImpulsabhängigkeit der p-Wellen-Beiträge die Beträge ders-Wellen-Amplituden Ed und Ld an der Schwelle extrahiertwerden: |Ed|<0.68*10^(-3)/M_pi+ und |Ld|=(0.81+/-0.18)*10^(-3)/M_pi+ Die experimentell bestimmten Werte liegen weit unter denVorhersagen der chiralen Störungstheorie. Ausgedrückt durchdens-Wellen-Wirkungsquerschnitt a_0 entspricht der gemesseneWert nurca. 1/6 der Vorhersage. Die gemessenen Winkelverteilungenderdifferentiellen Wirkungsquerschnitte können als wichtigeGrundlage zurIntegration der bisher in den Modellen nicht enthaltenenp-Wellen-Beiträge dienen.

Kohärente Photoproduktion von eta-Mesonen am Deuteron im Bereich der S 11 (1535)-Resonanz

Es wurden Rueckstreueffekte in der kohaerentenEta-Photoproduktion amDeuteron im Bereich der S11(1535)-Resonanz untersucht. Fuerdenelementaren Prozess am Deuteron wurde ein effektivesResonanzmodelleinschliesslich Borntermen verwendet. Die Resonanzparameterwurdenausschliesslich an den elementaren Mesonproduktionsprozessenfestgelegt. Bei der kohaerenten Eta-Photoproduktion amDeuteron wurdedie Stossnaeherung fuer die P11(1440)-, D13(1520)- undS11(1535)-Resonanz sowie Rueckstreueffekte undMesonaustauschstroemeberuecksichtigt. Die Rueckstreuung wird innerhalb einesgekoppelten-Kanal-Modells unter Beruecksichtigung derResonanzanregungbehandelt. Es ergibt sich eine Erhoehung des differentiellenWirkungsquerschnitts um etwa 5% durch die Rueckstreuung. InihrerSumme sind Zweiteilcheneffekte kleine Beitraege zurkohaerentenEta-Photoproduktion am Deuteron.

Measurement of the helicity dependence of deuteron photodisintegration for photon energies below 450 MeV

In 1998 a pilot experiment was carried out to study the helicity dependence of photoreaction cross sections using circularly polarized real photons on longitudinally polarized deuterons in a deuterated butanol target. The knowledge of these cross sections is required to test the validity of the Gerasimov-Drell-Hearn sum rule on the deuteron and the neutron. The focus of this thesis is on the results for the differential and total cross sections for the photodisintegration reaction for various photon energies in the range from 200 to 450 MeV using data taken with the detector system DAPHNE. The current understanding of the NN interaction as represented by the calculations by M. Schwamb could be confirmed within the given uncertainties. In addition, the detector DAPHNE has been prepared for the main experiment in 2003. The according work is presented together with results of the quality-test measurements of the renewed detector components.

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.

Parity violating asymmetry in the electron deuteron quasielastic scattering, strange vector and axial vector form factors and beam normal spin asymmetries

In dieser Arbeit wurde die paritätsverletzende Asymmetrie in derrnquasielastischen Elektron-Deuteron-Streuung bei Q^2=0.23 (GeV/c)^2 mitrneinem longitudinal polarisierten Elektronstrahl bei einer Energie von 315rnMeV bestimmt. Die Messung erfolgte unter Rückwärtswinkeln. Der Detektor überdeckte einen polaren Streuwinkelbereichrnzwischen 140 und 150 deg. Das Target bestand aus flüssigemrnDeuterium in einer Targetzelle mit einer Länge von 23.4 cm. Dierngemessene paritätsverletzende Asymmetrie beträgt A_{PV}^d = (-20.11 pm 0.87_{stat} pm 1.03_{syst}), wobei der erste Fehler den statistischenrnFehlereitrag und der zweite den systematischen Fehlerbeitrag beschreibt. Ausrnder Kombination dieser Messung mit Messungen der paritätsverletzendenrnAsymmetrie in der elastischen Elektron-Proton-Streuung bei gleichem Q^2rnsowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsmessungen können diernVektor-Strange-Formfaktoren sowie der effektive isovektorielle und isoskalarernVektorstrom des Protons, der die elektroschwachen radiativen Anapolkorrekturenrnenthält, bestimmt werden. Diese Arbeit umfasst ausserdem die Bestimmungrnder Asymmetrien bei einem transversal polarisierten Elektronstrahl sowohl beirneinem Proton- als auch einem Deuterontarget unter Rückwärtswinkeln beirnImpulsüberträgen von Q^2=0.10 (GeV/c)^2, Q^2=0.23 (GeV/c)^2rnund Q^2=0.35 (GeV/c)^2. Die im Experiment beobachteten Asymmetrien werdenrnmit theoretischen Berechnungen verglichen, welche den Imaginärteil der Zweiphoton-Austauschamplitude beinhalten.