Two-body photodisintegration of the deuteron at intermediate energy

We have measured the differential cross section for two-body deuteron photodisintegration at center-of-mass angles of 90°, 53° and 37° with photon energies from 1.6 Ge V to 2.8 Ge V. Additional data were taken at θ* = 37° and E_γ = 4.2 GeV. Invariant cross sections at θ* =90° and 53° appear to follow a simple scaling law predicted by constituent counting rules of perturbative QCD, while the cross section at θ* = 37° shows a slower fall-off with photon energy. Angular distributions show increasing forward peaking at higher energies. Agreement with various theoretical predictions based on pQCD and meson-exchange models is discussed.

The deuteron-deuteron reaction and the stopping cross section of D_2O ice below 600 kev

The energy loss of protons and deuterons in D_2O ice has been measured over the energy range, E_p 18 - 541 kev. The double focusing magnetic spectrometer was used to measure the energy of the particles after they had traversed a known thickness of the ice target. One method of measurement is used to determine relative values of the stopping cross section as a function of energy; another method measures absolute values. The results are in very good agreement with the values calculated from Bethe’s semi-empirical formula. Possible sources of error are considered and the accuracy of the measurements is estimated to be ± 4%.

The D(dp)H^3 cross section has been measured by two methods. For E_D = 200 - 500 kev the spectrometer was used to obtain the momentum spectrum of the protons and tritons. From the yield and stopping cross section the reaction cross section at 90° has been obtained.

For E_D = 35 – 550 kev the proton yield from a thick target was differentiated to obtain the cross section. Both thin and thick target methods were used to measure the yield at each of ten angles. The angular distribution is expressed in terms of a Legendre polynomial expansion. The various sources of experimental error are considered in detail, and the probable error of the cross section measurements is estimated to be ± 5%.

Ultrasonic relaxation kinetics on fast deuteron transfer reaction

Propylamine has been selected to investigate the isotope effect of a fast deuteron transfer reaction by ultrasonic relaxation method. Ultrasonic absorption coefficients of propylamine in heavy water (D2O) at 25 degrees C in the concentration range from 0.0107 to 0.6300 mol dm(-3) have been measured by pulse and resonance methods over the frequency range from 0.8 to 220 MHz. A Debye-type single relaxation absorption has been observed in the solution. From the dependence of the ultrasonic relaxation parameters on the concentration and solution pH, the source of the observed relaxation has been attributed to a perturbation of the chemical equilibrium associated with the deuteron transfer reaction. The rate and equilibrium constants have been determined by the measurement of the deuteroxyl ion concentration dependence of the relaxation frequency. Also the standard volume change of the reaction has been determined from the concentration dependence of the maximum absorption per wavelength and the adiabatic compressibility has been calculated from the density and the sound velocity in the solution. These results have then been compared with those obtained for propylamine in light water (H2O). The forward rate constant is greater and the reverse rate constant is smaller in DO than in H2O. The standard volume change for deuteron transfer is greater than that for proton transfer reaction, and the adiabatic compressibility shows a similar trend. These data support an argument that there exists a stronger hydrogen bond in D2O than in H2O. The difference of the stability in the intermediate states, R-ND3+... OD- and R-NH3+... OH-, has also been considered from the results of the isotope effects.

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.

Erklärung einer Schriftstelle : Sifri Deuteron 34, 7

Zacharias Frankel

Products of high-energy deuteron and helium ion bombardments of copper /

Work performed at the University of California.