Superresolution by three-zone pure phase plate with 0, pi, 0 phase variation

Superresolution is very important in imaging and optical storage systems, and has attracted much attention. In this article, concentric three-zone phase plate with 0, pi, 0 phase variation has been investigated numerically to show that this kind of phase plate can be used to obtain three-dimensional superresolution. In addition, the number of intensity maximum, focal depth, focal shift, full-width half-maximum, and relative intensity of side lobe are listed for different radii of the phase zones, which paves the way for design of the phase plate. Therefore, one can choose values of radii for desired intensity distribution in focal region, such as for the purpose of radial superresolution with high focal depth in optical storage. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Inclusive pi(0), eta, and direct photon production at high transverse momentum in p plus p and d plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV

We report a measurement of high-p(T) inclusive pi(0), eta, and direct photon production in p + p and d + Au collisions at root s(NN) = 200 GeV at midrapidity (0 < eta < 1). Photons from the decay pi(0) -> gamma gamma were detected in the barrel electromagnetic calorimeter of the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider. The eta -> gamma gamma decay was also observed and constituted the first eta measurement by STAR. The first direct photon cross-section measurement by STAR is also presented; the signal was extracted statistically by subtracting the pi(0), eta, and omega(782) decay background from the inclusive photon distribution observed in the calorimeter. The analysis is described in detail, and the results are found to be in good agreement with earlier measurements and with next-to-leading-order perturbative QCD calculations.

Nuclear incoherent photoproduction of pi(0) and eta from 4 to 12 GeV

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

On high Q(2) behavior of the pion form factor for transitions gamma*gamma -> pi(0) and gamma*gamma* -> pi(0) within the nonlocal quark-pion model

The behavior of the transition pion form factor for processes gamma (*)gamma --> pi(0) and gamma (*)gamma (*) --> pi(0) at large values of space-like photon momenta is estimated within the nonlocal covariant quark-pion model. It is shown that, in general, the coefficient of the leading asymptotic term depends dynamically on the ratio of the constituent quark mass and the average virtuality of quarks in the vacuum and kinematically on the ratio of photon virtualities. The kinematic dependence of the transition form factor allows us to obtain the relation between the pion light-cone distribution amplitude and the quark-pion vertex function. The dynamic dependence indicates that the transition form factor gamma (*)gamma -->, pi(0) at high momentum transfers is very sensitive to the nonlocality size of nonperturbative fluctuations in the QCD vacuum. (C) 2000 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Medium effects in the pion-pole mechanism [gamma gamma ->pi(0)->nu(R)(nu)over-bar(L)(nu(L)(nu)over-bar(R))] of neutron star cooling

Nuclear medium effects in the neutrino cooling of neutron stars through the reaction channel γγ→π0 →ν Rν̄L(νLν̄R) are incorporated. Throughout the paper we discuss different possibilities of right-handed neutrinos, massive left-handed neutrinos, and standard massless left-handed neutrinos (reaction is then allowed only with medium modified vertices). It is demonstrated that multiparticle effects suppress the rate of this reaction channel in the dense hadron matter by 6-7 orders of magnitude that does not allow to decrease existing experimental upper limit on the corresponding π0νν̄ coupling. Other possibilities of the manifestation of the given reaction channel in different physical situations, e.g., in the quark color superconducting cores of the most massive neutron stars, are also discussed. We demonstrate that in the color-flavor-locked superconducting phase for temperatures T≲ 0.1-10 MeV (depending on the effective pion mass and the decay width) the process is feasibly the most efficient neutrino cooling process, although the absolute value of the reaction rate is rather small.

Limit on gamma(pi-0-]nu-nu-bar) from SN1987A

We consider the possible neutrino emission from SN1987A generated through the process γγ→π0→νν, which is permitted when the neutrinos have a right-handed component. This energy-loss mechanism is consistent with the supernova neutrino observations if the decay rate I (π0→νν̄) < (0.15-6.3) × 10-13 eV. When the reaction π0→νν̄ is mediated by weak gauge bosons the limit on the decay rate allows us to obtain constraints on neutrino masses, mv<5-27 keV, depending on the core temperature.

Evolution of pi(0) Suppression in Au plus Au Collisions from root s(NN)=39 to 200 GeV

Neutral-pion pi(0) spectra were measured at midrapidity (vertical bar y vertical bar < 0.35) in Au + Au collisions at root s(NN) = 39 and 62.4 GeV and compared with earlier measurements at 200 GeV in a transverse-momentum range of 1 < p(T) < 10 GeV/c. The high-p(T) tail is well described by a power law in all cases, and the powers decrease significantly with decreasing center-of-mass energy. The change of powers is very similar to that observed in the corresponding spectra for p + p collisions. The nuclear modification factors (RAA) show significant suppression, with a distinct energy, centrality, and p(T) dependence. Above p(T) = 7 GeV/c, R-AA is similar for root sNN = 62.4 and 200 GeV at all centralities. Perturbative-quantum-chromodynamics calculations that describe R-AA well at 200 GeV fail to describe the 39 GeV data, raising the possibility that, for the same p(T) region, the relative importance of initial-state effects and soft processes increases at lower energies. The p(T) range where pi(0) spectra in central Au + Au collisions have the same power as in p + p collisions is approximate to 5 and 7 GeV/c for root sNN = 200 and 62.4 GeV, respectively. For the root sNN = 39 GeV data, it is not clear whether such a region is reached, and the x(T) dependence of the x(T)-scaling power-law exponent is very different from that observed in the root sNN = 62 and 200 GeV data, providing further evidence that initial-state effects and soft processes mask the in-medium suppression of hardscattered partons to higher p(T) as the collision energy decreases.

Transverse single-spin asymmetry and cross section for pi(0) and eta mesons at large Feynman x in p(up arrow) + p collisions at root s=200 GeV

Measurements of the differential cross section and the transverse single-spin asymmetry, A(N), vs x(F) for pi(0) and eta mesons are reported for 0.4 < x(F) < 0.75 at an average pseudorapidity of 3.68. A data sample of approximately 6.3 pb(-1) was analyzed, which was recorded during p(up arrow) + p collisions at root s = 200 GeV by the STAR experiment at RHIC. The average transverse beam polarization was 56%. The cross section for pi(0), including the previously unmeasured region of x(F) > 0.55, is consistent with a perturbative QCD prediction, and the eta/pi(0) cross-section ratio agrees with existing midrapidity measurements. For 0.55 < x(F) < 0.75, the average A(N) for eta is 0.210 +/- 0.056, and that for pi(0) is 0.081 +/- 0.016. The probability that these two asymmetries are equal is similar to 3%.

Aufbau und Inbetriebnahme eines Protonen-Polarimeters an MAMI und Messung der Proton-Polarisation in der Reaktion p (e,e'p) pi 0 in paralleler Kinematik im Bereich der Delta(1232)-Resonanz

Das Detektorsystem des Spektrometers Ader Drei-Spektrometer-Anlage am MainzerElektronenbeschleuniger MAMI wurde im Rahmen dieser Arbeitum ein Fokalebenen-Proton-Polarimeter (FPP) ergänzt.Dazu wurden zwei Horizontale Doppeldriftkammern entworfenund zusammen mit einem Kohlenstoffanalysator hinter derFokalebene des Spektrometers aufgebaut.Zur Berechnung der Spin-Präzession in den inhomogenenMagnetfeldern des Spektrometers wurde das Programm QSPINerstellt und damit eine Spin-Transfer-Matrix (STM) erzeugt,mit der über eine Fitprozedur die Polarisationskomponentender Protonen in der Streuebene an die im FPP gemessenenangepaßt werden können.Mit elastischen Elektron-Proton-Streuexperimenten wurdenfalsche Asymmetrien im FPP untersucht, die berechnete STMbestätigt, die inklusive Proton-Kohlenstoff-Analysierstärkeauf einen größeren Streuwinkelbereich erweitert und dasVerhältnis zwischen dem elektrischen und dem magnetischenSachs-Formfaktor des Protons gemessen.Zur Untersuchung der Coulomb-Quadrupol-Übergangsamplitudebei der Anregung des Nukleons zur Delta(1232)-Resonanzwurden in einem Pion-Elektroproduktions-Experiment am Protonmit dem FPP die Komponenten der Polarisation derRückstoßprotonen in paralleler Kinematik gemessen.

Aufbau eines Moeller-Polarimeters für die Drei-Spektrometer-Anlage und Messung der Helizitätsasymmetrie in der Reaktion p(vec{e},e' p)pi 0 im Bereich der Delta-Resonanz

An der Drei-Spektrometer-Anlage am Beschleuniger MAMI wurde ein Elektronpolarimeter aufgebaut, das die longitudinale Spinpolarisation für Strahlenergien von 500-880 MeV bestimmt. Messprinzip ist die Møller-Streuung. Weiterhin wird ein Experiment zur Bestimmung der Strahlhelizitäts-Asymmetrie in resonanter Elektroproduktion neutraler Pionen am Proton vorgestellt. Diese Observable bietet Zugang zu nichtresonanten Untergrundamplituden in der Nukleon-Delta-Anregung, die im Hinblick auf die Extraktion der Quadrupolamplituden in diesem Übergang wichtig sind.

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.

Messung der CP-verletzenden Asymmetrie von K + - pi + - pi 0 pi 0 mit dem NA48-Detektor

Bis heute ist die Frage nicht geklärt, warum bei der Entstehung des Universums Materie gegenüber der Antimaterie bevorzugt war und das heutige Materieuniversum entstanden ist. Eine Voraussetzung für die Entstehung dieser Materie-Antimaterie-Asymmetrie ist die Verletzung der Kombination von Ladungs- (C) und Punktsymmetrie (P), die CP-Verletzung. CP-Verletzung kann sich unter anderem in den Zerfällen K+- -> pi+- pi0 pi0 zeigen. Die NA48/2"=Kollaboration zeichnete während den Jahren 2003 und 2004 über 200~TB Daten von Zerfällen geladener Kaonen auf. In dieser Arbeit wurde die CP"=verletzende Asymmetrie der Zerfälle K+- -> pi+- pi0 pi0 mit über 90~Millionen ausgewählten Ereignissen aus diesem Datensatz gemessen. Vorhersagen im Standardmodell der Teilchenphysik sagen hier eine CP"=verletzende Asymmetrie in der Größenordnung zwischen $10^{-6}$ und $10^{-5}$ voraus. In Modellen außerhalb des Standardmodells kann es aber auch größere Asymmetrien geben. Das NA48/2"=Experiment war darauf ausgelegt, mögliche systematische Unsicherheiten zu begrenzen. Um dies zu erreichen, wurden positive und negative Kaonen simultan an einem Target erzeugt und ihr Impuls durch ein Strahlsystem mit zwei Strahlengängen auf ca. $60~GeV/c$ begrenzt. Die Strahlen wurden auf wenige Millimeter genau überlagert in die Zerfallsregion geleitet. Die Strahlengänge von positiven und negativen Kaonen sowie die Polarität des Magneten des Impulsspektrometers wurden regelmäßig gewechselt. Dies erlaubte eine Symmetrisierung von Strahlführung und Detektor für positive und negative Kaonen während der Analyse. Durch ein Vierfachverhältnis der vier Datensätze mit den unterschiedlichen Konfigurationen konnte sichergestellt werden, dass alle durch Strahlführung oder Detektor erzeugten Asymmetrien sich in erster Ordnung aufheben. Um die unterschiedlichen Produktionsspektren von positiven und negativen Kaonen auszugleichen wurde in dieser Arbeit eine Ereignisgewichtung durchgeführt. Die Analyse wurde auf mögliche systematische Unsicherheiten untersucht. Dabei zeigte sich, dass die systematischen Unsicherheiten in der Analyse deutlich kleiner als der statistischer Fehler sind. Das Ergebnis der Messung des die CP-verletzende Asymmetrie beschreibenden Parameters $A_g$ ist: begin{equation} A_g= (1,2 pm 1,7_{mathrm{(stat)}} pm 0,7_{mathrm{(sys)}}) cdot 10^{-4}. end{equation} Diese Messung ist fast zehnmal genauer als bisherige Messungen und stimmt innerhalb ihrer Unsicherheit mit dem Standardmodell überein. Modelle, die eine größere CP-Verletzung in diesem Zerfall vorhersagen, können ausgeschlossen werden.

Formfaktor-Bestimmung des semileptonischen K +- pi 0 my +- ny-Zerfalls mit dem NA48/2-Experiment

Der semileptonische Zerfall K^±→π^0 μ^± υ ist ein geeigneter Kanal zur Be-stimmung des CKM-Matrixelementes 〖|V〗_us |. Das hadronische Matrixelement dieses Zerfalls wird durch zwei dimensionslose Formfaktoren f_± (t) beschrieben. Diese sind abhängig vom Impulsübertrag t=〖(p_K-p_π)〗^2 auf das Leptonpaar. Zur Bestimmung von 〖|V〗_us | dienen die Formfaktoren als wichtige Parameter zur Berechnung des Phasenraumintegrals dieses Zerfalls. Eine präzise Messung der Formfaktoren ist zusätzlich dadurch motiviert, dass das Resultat des NA48-Experimentes von den übrigen Messungen der Experimente KLOE, KTeV und ISTRA+ abweicht. Die Daten einer Messperiode des NA48/2 -Experimentes mit offenem Trigger aus dem Jahre 2004 wurden analysiert. Daraus wählte ich 1.8 Millionen K_μ3^±-Zerfallskandidaten mit einem Untergrundanteil von weniger als 0.1% aus. Zur Bestimmung der Formfaktoren diente die zweidimensionale Dalitz-Verteilung der Daten, nachdem sie auf Akzeptanz des Detektors und auf radiative Effekte korrigiert war. An diese Verteilung wurde die theoretische Parameter-abhängige Funktion mit einer Chiquadrat-Methode angepasst. Es ergeben sich für quadratische, Pol- und dispersive Parametrisierung folgende Formfaktoren: λ_0=(14.82±〖1.67〗_stat±〖0.62〗_sys )×〖10〗^(-3) λ_+^'=(25.53±〖3.51〗_stat±〖1.90〗_sys )×〖10〗^(-3) λ_+^''=( 1.40±〖1.30〗_stat±〖0.48〗_sys )×〖10〗^(-3) m_S=1204.8±〖32.0〗_stat±〖11.4〗_(sys ) MeV/c^2 m_V=(877.4±〖11.1〗_stat±〖11.2〗_(sys ) MeV/c^2 LnC=0.1871±〖0.0088〗_stat±〖0.0031〗_(sys )±=〖0.0056〗_ext Λ_+=(25.42±〖0.73〗_stat±〖0.73〗_(sys )±=〖1.52〗_ext )×〖10〗^(-3) Die Resultate stimmen mit den Messungen der Experimente KLOE, KTeV und ISTRA+ gut überein, und ermöglichen eine Verbesserung des globalen Fits der Formfaktoren. Mit Hilfe der dispersiven Parametrisierung der Formfaktoren, unter Verwendung des Callan-Treiman-Theorems, ist es möglich, einen Wert für f_± (0) zu bestimmen. Das Resultat lautet: f_+ (0)=0.987±〖0.011〗_(NA48/2)±〖0.008〗_(ext ) Der für f_+ (0) berechnete Wert stimmt im Fehler gut mit den vorherigen Messungen von KTeV, KLOE und ISTRA+ überein, weicht jedoch um knapp zwei Standardabweichungen von der theoretischen Vorhersage ab.

Feasibility studies of the pp pi 0 e + e - electromagnetic channel at PANDA

Among all possible realizations of quark and antiquark assembly, the nucleon (the proton and the neutron) is the most stable of all hadrons and consequently has been the subject of intensive studies. Mass, shape, radius and more complex representations of its internal structure are measured since several decades using different probes. The proton (spin 1/2) is described by the electric GE and magnetic GM form factors which characterise its internal structure. The simplest way to measure the proton form factors consists in measuring the angular distribution of the electron-proton elastic scattering accessing the so-called Space-Like region where q2 < 0. Using the crossed channel antiproton proton <--> e+e-, one accesses another kinematical region, the so-called Time-Like region where q2 > 0. However, due to the antiproton proton <--> e+e- threshold q2th, only the kinematical domain q2 > q2th > 0 is available. To access the unphysical region, one may use the antiproton proton --> pi0 e+ e- reaction where the pi0 takes away a part of the system energy allowing q2 to be varied between q2th and almost 0. This thesis aims to show the feasibility of such measurements with the PANDA detector which will be installed on the new high intensity antiproton ring at the FAIR facility at Darmstadt. To describe the antiproton proton --> pi0 e+ e- reaction, a Lagrangian based approach is developed. The 5-fold differential cross section is determined and related to linear combinations of hadronic tensors. Under the assumption of one nucleon exchange, the hadronic tensors are expressed in terms of the 2 complex proton electromagnetic form factors. An extraction method which provides an access to the proton electromagnetic form factor ratio R = |GE|/|GM| and for the first time in an unpolarized experiment to the cosine of the phase difference is developed. Such measurements have never been performed in the unphysical region up to now. Extended simulations were performed to show how the ratio R and the cosine can be extracted from the positron angular distribution. Furthermore, a model is developed for the antiproton proton --> pi0 pi+ pi- background reaction considered as the most dangerous one. The background to signal cross section ratio was estimated under different cut combinations of the particle identification information from the different detectors and of the kinematic fits. The background contribution can be reduced to the percent level or even less. The corresponding signal efficiency ranges from a few % to 30%. The precision on the determination of the ratio R and of the cosine is determined using the expected counting rates via Monte Carlo method. A part of this thesis is also dedicated to more technical work with the study of the prototype of the electromagnetic calorimeter and the determination of its resolution.