Measurement of the neutron (^3He) spin structure function at low Q^2 : a connection between the Bjorken and Drell-Hearn-Gerasimov sum rules

The spin dependent cross sections, σT_1/2 and σT_3/2 , and asymmetries, A_∥ and A_⊥ for ³He have been measured at the Jefferson Lab's Hall A facility. The inclusive scattering process ³He(e,e)X was performed for initial beam energies ranging from 0.86 to 5.1 GeV, at a scattering angle of 15.5°. Data includes measurements from the quasielastic peak, resonance region, and the deep inelastic regime. An approximation for the extended Gerasimov-Drell-Hearn integral is presented at a 4-momentum transfer Q² of 0.2-1.0 GeV².

Also presented are results on the performance of the polarized ³He target. Polarization of ³He was achieved by the process of spin-exchange collisions with optically pumped rubidium vapor. The ³He polarization was monitored using the NMR technique of adiabatic fast passage (AFP). The average target polarization was approximately 35% and was determined to have a systematic uncertainty of roughly ±4% relative.

The Gerasimov-Drell-Hearn Sum Rule and the Spin Structure of the Proton

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Gerasimov-Drell-Hearn sum rule and the single-pion photoproduction multipole E0+ close to threshold

The long-standing discrepancy between the Gerasimov-Drell-Hearn sum rule and the analysis of pion photoproduction multipoles is greatly diminished by use of s-wave multipoles that are in accord with the predictions of chiral perturbation theory and describe the experimental data in the threshold region. The remaining difference may be due to contributions of channels with more pions and/or heavier mesons whose contributions to the sum rule remain to be investigated by a direct measurement of the photoabsorption cross sections.

Some pioneers of the applications of fractional calculus

In the last decades fractional calculus (FC) became an area of intensive research and development. This paper goes back and recalls important pioneers that started to apply FC to scientific and engineering problems during the nineteenth and twentieth centuries. Those we present are, in alphabetical order: Niels Abel, Kenneth and Robert Cole, Andrew Gemant, Andrey N. Gerasimov, Oliver Heaviside, Paul Lévy, Rashid Sh. Nigmatullin, Yuri N. Rabotnov, George Scott Blair.

Polarized structure functions of the nucleon in the resonance region

We present predictions for the spin structure functions of the proton in the framework of a unitary isobar model for one-pion photo- and electroproduction. Our results are compared with recent experimental data from SLAC. The first moments of the calculated structure functions fullfil the Gerasimov-Drell-Hearn and Burkhardt-Cottingham sum rules within an error of typically 5-10%.

Mapeamento geomorfológico da Ilha do Maranhão

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Development of an Electrochemical Insulin Sensor Based on a High Affinity DNA Sequence Found in the Insulin-linked Polymorphic Region

The detection of pertinent biomarkers has the potential provide an early indication of disease progression before considerable damage has been incurred. A decrease in an individual’s sensitivity to insulin, which may be quantified as the ratio of insulin to glucose in the blood after a glucose pulse, has recently been reported as an early predictor of insulin-dependent diabetes mellitus. Routine measurement of insulin levels is therefore desirable in the care of diabetes-prone individuals. A rapid, simple, and reagentless method for insulin detection would allow for wide-spread screenings that provide earlier signs of diabetes onset. The aim of this thesis is to develop a folding-base electrochemical sensor for the detection of insulin. The sensor described herein consists of a DNA probe immobilized on a gold disc electrode via an alkanethiol linker and embedded in an alkanethiol self-assembled monolayer. The probe is labeled with a redox reporter, which readily transfers electrons to the gold electrode in the absence of insulin. In the presence of insulin, electron transfer is inhibited, presumably due to a binding-induced conformational or dynamic change in the DNA probe that significantly alters the electron-tunneling pathway. A 28-base segment of the insulin-linked polymorphic region that has been reported to bind insulin with high affinity serves as the capture element of the DNA probe. Three probe constructs that vary in their secondary structure and position of the redox label are evaluated for their utility as insulin-sensing elements on the electrochemical platform. The effects of probe modification on secondary structure are also evaluated using circular dichroism spectroscopy.

Erste Untersuchungen zur Messung helizitätsabhängiger (gamma N)-Wirkungsquerschnitte für das GDH-Experiment am MAMI

Das experimentelle Studium der 1966 von Gerasimov, Drell undHearn unabhängig voneinander aufgestellten und als GDH-SummenregelbezeichnetenRelation macht die Vermessung totalerPhotoabsorptionswirkungsquerschnitte von zirkular polarisierten Photonen an longitudinalpolarisierten Nukleonen über einen weiten Energiebereich notwendig. Die im Sommer1998 erfolgte Messung am Mainzer Mikrotron stellt das erste derartigeExperiment mit reellen Photonen zur Messung des GDH-Integrals am Protondar. Die Verwendung eines Frozen-Spin-Butanoltargets, das eingesetzt wurde, umeinen möglichst hohen Proton-Polarisationsgrad zu erreichen, hat diezusätzliche experimentelle Schwierigkeit zur Folge, daß die imButanoltarget enthaltenen Kohlenstoffkerne ebenfalls Reaktionsprodukte liefern, diezusammen mit den am Proton erzeugten nachgewiesen werden.Ziel der Arbeit war die Bestimmung von Wirkungsquerschnittenam freien Proton aus Messungen an einem komplexen Target (CH2) wie esbeim polarisiertenTarget vorliegt. Die hierzu durchgeführten Pilotexperimentedienten neben der Entwicklung von Methoden zur Reaktionsidentifikation auchder Eichung des Detektorsystems. Durch die Reproduktion der schon bekanntenund vermessenen unpolarisierten differentiellen und totalenEin-Pion-Wirkungsquerschnitte am Proton (gamma p -> p pi0 und gamma p -> n pi+), die bis zueiner Photonenergievon etwa 400 MeV den Hauptbeitrag zum GDH-Integralausmachen, konnte gezeigt werden, daß eine Separation der Wasserstoff- vonKohlenstoffereignissen möglich ist. Die notwendigen Techniken hierzu wurden imRahmen dieser Arbeit zu einem allgemein nutzbaren Werkzeug entwickelt.Weiterhin konnte gezeigt werden, daß der vom Kohlenstoffstammende Anteil der Reaktionen keine Helizitätsabhängigkeit besitzt. Unterdieser Voraussetzung reduziert sich die Bestimmung der helizitätsabhängigenWirkungsquerschnittsdifferenz auf eine einfacheDifferenzbildung. Aus den erhaltenen Ergebnissen der intensiven Analyse von Daten, diemit einem unpolarisierten Target erhalten wurden, konnten so schnellerste Resultate für Messungen, die mit dem polarisierten Frozen-Spin-Targetaufgenommen wurden, geliefert werden. Es zeigt sich, daß sich dieseersten Resultate für polarisierte differentielle und totale (gammaN)-Wirkungsquerschnitte im Delta-Bereich in guter Übereinstimmung mit theoretischenAnalysen befinden.

Aufbau des GDH-Experiments und Messung der Helizitätsabhängigkeit von gamma p p pi + pi- von der Schwelle bis 800 MeV

Das Experiment zur Überprüfung der Gerasimov-Drell-Hearn(GDH)-Summenregel am Mainzer Mikrotron diente zur Messunghelizitätsabhängiger Eigenschaften der Photoproduktion amProton. Hierbei konnten neben den totalen Photoabsorptionswirkungsquerschnitten auch Querschnitte partieller Kanäle der Einpion-, Zweipion- und Eta-Produktion bestimmt werden. Für die möglichen Doppel-Pion-Reaktionen sind zur Zeit nur wenig Information vorhanden. Daher sind die Reaktionsmechanismen der Doppel-Pion-Photoproduktion weitgehend noch unverstanden. Aus diesem Grund ist die Untersuchung weiterer Observablenerforderlich. Die Helizitätsabhängigkeit stellt eine solcheneue Observable dar und kann dadurch gemessen werden, daßein zirkular polarisiertes Photon mit einem longitudinalpolarisierten Nukleon wechselwirkt. Der Photonspin beträgt1 und der Fermionenspin des Nukleons beträgt 1/2.Die Spins koppeln zu 3/2 und 1/2. Dies liefert diehelizitätsabhängigen Wirkungsquerschnitte.Diese Dissertation beschreibt den Aufbau des Mainzer GDH-Experiments und die technische Realisation der Messung helizitätsabhängiger Photoabsorptionswirkungsquerschnitte. Die Helizitätsabhängigkeit der doppelt geladenen Doppel-Pion-Photoproduktion am Proton wurde anhand der gemessenen Daten untersucht. Diese Reaktion ist ein Zweistufenprozeß, wobei das angeregte Nukleon resonant oder nicht-resonant in die Endzustandsteilchen zerfällt. Durch die helizitätsabhängigen Daten wurden Freiheitsgradein der Doppel-Pion-Photoproduktion eingeschränkt, wodurch eine Verbesserung der Modelle der Gent-Mainz- und der Valencia-Gruppe ermöglicht wurde. Die im Rahmen dieser Arbeit ermittelten Daten haben zusätzlich eine Motivation für weitere Interpretationsansätze durch die genanntenTheoriegruppen geschaffen.

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.

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.

The Martian Gas-Analytic Package for the Landing Platform Experiments of the ExoMars 2018

The paper describes the architecture of the Martian Gas Analytic Package, which is proposed for the Russian ExoMars Lander 2018.

Prototype of the gas chromatograph-mass spectrometer to investigate volatile species in the lunar soil for the Luna-Resurs mission

In preparation for the Russian Luna-Resurs mission we combined our compact time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS) with a chemical pre-separation of the species by gas chromatography (GC). Coupled measurements with both instruments were successfully performed with the prototype of the mass spectrometer and a flight-like gas chromatograph. The system was tested with two test gas mixtures, a mixture of hydrocarbons and a mixture of noble gases. Due to its capability to record mass spectra over the full mass range at once with high sensitivity and a dynamic range of up to 10(6) within 1 s, the TOF-MS system is a valuable extension of the GC analytical system. Based on the measurements with calibration gases performed with the combined GC-MS prototype and under assumption of mean characteristics for the Moon's regolith, the detection limit for volatile species in a soil sample is estimated to 2.10(-10) by mass for hydrocarbons and 2.10(-9) by mass for noble gases. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.