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.

Measurement of the B-0 Production Cross Section in pp Collisions at root s=7 TeV

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Measurement of the B-s(0) Production Cross Section with B-s(0) -> J/psi phi Decays in pp Collisions at root s=7 TeV

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

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.

Erste Messung der Pi-0-Photoproduktion an transversal polarisierten Protonen nahe der Schwelle

Diese Arbeit befasst sich mit der photoinduzierten Erzeugung neutraler Pionen, sehr nahe an der Schwellenenergie. Dabei werden zwei Ziele verfolgt: Zum einen die Überprüfung von Vorhersagen dieser effektiven Theorien und Modelle, zum anderen werden hier erstmals alle relevanten Partialwellenamplituden modellunabhängig aus gemessenen Observablen bestimmt. Diese Methode soll in Zukunft auch bei höheren Energien im Bereich der Nukleonresonanzen Anwendung finden. rnrnKonkret wird die Durchführung und Analyse eines Experiments vorgestellt, welches am Mainzer Mikrotron (MAMI) in den Jahren 2010 bis 2013 mit zirkular polarisiertem Photonenstrahl stattfand. Der Photonenstrahl wurde an einer Anlage zur Erzeugung energiemarkierter Bremsstrahlung aus dem Elektronenstrahl von MAMI gewonnen. Zum Nachweis der Reaktionsprodukte diente das hermetische 4pi CB/TAPS-Detektorsystem. Erstmalig standen bei derartigen Messungen auch transversal polarisierte Protonen zur Verfügung. Dazu wird Butanol in einer speziellen Apparatur dynamisch polarisiert. Molekularer Wasserstoff lässt sich aufgrund der para-Konfiguration nicht polarisieren. Wegen der Verwendung von Butanol als Targetmaterial, bei dem weniger als 5% aller erzeugten Pionen an polarisierten Protonen produziert wurden, ist die Behandlung des Untergrunds eine zentrale Aufgabe. rnrnEs werden zwei Methoden der Untergrundseparation vorgestellt, wovon die bessere in der Analyse angewendet wurde. Abschließend findet eine ausführliche Bewertung systematischer Fehler statt.rnrnDie erstmalige Verwendung transversal polarisierter Protonen ermöglicht den Zugang zu bisher nicht gemessenen Spin"=Freiheitsgraden. In Kombination mit einem komplementären Vorläufer-Experiment aus dem Jahr 2008 mit linear polarisiertem Photonenstrahl konnten aus den gewonnenen Daten erstmals alle komplexen s- und p-Partialwellenamplituden modellunabhängig bestimmt werden. rnrnDarüber hinaus wurden im Rahmen dieser Arbeit wesentliche Verbesserungen am apparativen Aufbau erzielt. Beispiele sind ein Elektronenstrahl-Polarimeter, ein zellularer CB-Multiplizitätstrigger, sowie signifikante Verbesserungen der Datennahmeelektronik und des Triggersystems, die teilweise in dieser Arbeit vorgestellt werden.

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.

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.