Cross section and double helicity asymmetry for eta mesons and their comparison to pi(0) production in p plus p collisions at root s=200 GeV

Measurements of double-helicity asymmetries in inclusive hadron production in polarized p + p collisions are sensitive to helicity-dependent parton distribution functions, in particular, to the gluon helicity distribution, Delta g. This study focuses on the extraction of the double-helicity asymmetry in eta production ((p) over right arrow + (p) over right arrow -> eta + X), the eta cross section, and the eta/pi(0) cross section ratio. The cross section and ratio measurements provide essential input for the extraction of fragmentation functions that are needed to access the helicity-dependent parton distribution functions.

Azimuthal Anisotropy of pi(0) Production in Au plus Au Collisions at root s(NN)=200 GeV: Path-Length Dependence of Jet Quenching and the Role of Initial Geometry

We have measured the azimuthal anisotropy of pi(0) production for 1 < p(T) < 18 GeV/c for Au + Au collisions at root s(NN) = 200 GeV. The observed anisotropy shows a gradual decrease for 3 less than or similar to p(T) less than or similar to 7-10 GeV/c, but remains positive beyond 10 GeV/c. The magnitude of this anisotropy is underpredicted, up to at least similar to 10 GeV/c, by current perturbative QCD (PQCD) energy-loss model calculations. An estimate of the increase in anisotropy expected from initial-geometry modification due to gluon saturation effects and fluctuations is insufficient to account for this discrepancy. Calculations that implement a path-length dependence steeper than what is implied by current PQCD energy-loss models show reasonable agreement with the data.

High-p(T) pi(0) production with respect to the reaction plane in Au plus Au collisions at s(NN)=200 GeV

Measurements of the azimuthal anisotropy of high-p(T) neutral pion (pi(0)) production in Au+Au collisions at s(NN)=200 GeV by the PHENIX experiment are presented. The data included in this article were collected during the 2004 Relativistic Heavy Ion Collider running period and represent approximately an order of magnitude increase in the number of analyzed events relative to previously published results. Azimuthal angle distributions of pi(0) mesons detected in the PHENIX electromagnetic calorimeters are measured relative to the reaction plane determined event-by-event using the forward and backward beam-beam counters. Amplitudes of the second Fourier component (v(2)) of the angular distributions are presented as a function of pi(0) transverse momentum (p(T)) for different bins in collision centrality. Measured reaction plane dependent pi(0) yields are used to determine the azimuthal dependence of the pi(0) suppression as a function of p(T), R(AA)(Delta phi,p(T)). A jet-quenching motivated geometric analysis is presented that attempts to simultaneously describe the centrality dependence and reaction plane angle dependence of the pi(0) suppression in terms of the path lengths of hypothetical parent partons in the medium. This set of results allows for a detailed examination of the influence of geometry in the collision region and of the interplay between collective flow and jet-quenching effects along the azimuthal axis.

Gluon-Spin Contribution to the Proton Spin from the Double-Helicity Asymmetry in Inclusive pi(0) Production in Polarized p plus p Collisions at root s=200 GeV

The double helicity asymmetry in neutral pion production for p(T) = 1 to 12 GeV/c was measured with the PHENIX experiment to access the gluon-spin contribution, Delta G, to the proton spin. Measured asymmetries are consistent with zero, and at a theory scale of mu 2 = 4 GeV(2) a next to leading order QCD analysis gives Delta G([0.02,0.3]) = 0.2, with a constraint of -0.7 < Delta G([0.02,0.3]) < 0.5 at Delta chi(2) = 9 (similar to 3 sigma) for the sampled gluon momentum fraction (x) range, 0.02 to 0.3. The results are obtained using predictions for the measured asymmetries generated from four representative fits to polarized deep inelastic scattering data. We also consider the dependence of the Delta G constraint on the choice of the theoretical scale, a dominant uncertainty in these predictions.

Inclusive cross section and double helicity asymmetry for pi(0) production in p plus p collisions at root s=62.4 GeV

The PHENIX experiment presents results from the RHIC 2006 run with polarized p + p collisions at root s = 62.4 GeV, for inclusive pi(0) production at midrapidity. Unpolarized cross section results are measured for transverse momenta p(T) = 0.5 to 7 GeV/c. Next-to-leading order perturbative quantum chromodynamics calculations are compared with the data, and while the calculations are consistent with the measurements, next-to-leading logarithmic corrections improve the agreement. Double helicity asymmetries A(LL) are presented for p(T) = 1 to 4 GeV/c and probe the higher range of Bjorken x of the gluon (x(g)) with better statistical precision than our previous measurements at root s = 200 GeV. These measurements are sensitive to the gluon polarization in the proton for 0.06 < x(g) < 0.4.

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.

High p(T) direct photon and pi(0) triggered azimuthal jet correlations and measurement of k(T) for isolated direct photons in p plus p collisions at root s=200 GeV

Correlations of charged hadrons of 1< p(T) < 10 Gev/c with high pT direct photons and pi(0) mesons in the range 5< p(T) < 15 Gev/c are used to study jet fragmentation in the gamma + jet and dijet channels, respectively. The magnitude of the partonic transverse momentum, k(T), is obtained by comparing to a model incorporating a Gaussian kT smearing. The sensitivity of the associated charged hadron spectra to the underlying fragmentation function is tested and the data are compared to calculations using recent global fit results. The shape of the direct photon-associated hadron spectrum as well as its charge asymmetry are found to be consistent with a sample dominated by quark-gluon Compton scattering. No significant evidence of fragmentation photon correlated production is observed within experimental uncertainties.

K*(0) production in Cu plus Cu and Au plus Au collisions at root s(NN)=62.4 GeV and 200 GeV

We report on K*(0) production at midrapidity in Au + Au and Cu + Cu collisions at root s(NN) = 62.4 and 200 GeV collected by the Solenoid Tracker at the Relativistic Heavy Ion Collider detector. The K*(0) is reconstructed via the hadronic decays K*(0) -> K(+)pi(-) and (K*(0)) over bar -> K(+)pi(-). Transverse momentum, p(T), spectra are measured over a range of p(T) extending from 0.2 GeV/c up to 5 GeV/c. The center-of-mass energy and system size dependence of the rapidity density, dN/dy, and the average transverse momentum, < p(T)>, are presented. The measured N(K*(0))/N(K) and N(phi)/N(K*(0)) ratios favor the dominance of rescattering of decay daughters of K*(0) over the hadronic regeneration for the K*(0) production. In the intermediate p(T) region (2.0 < p(T) < 4.0 GeV/c), the elliptic flow parameter, v(2), and the nuclear modification factor, R(CP), agree with the expectations from the quark coalescence model of particle production.

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.

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

The mechanism of incoherent pi(0) and eta photoproduction from complex nuclei is investigated from 4 to 12 GeV with an extended version of the multicollisional Monte Carlo (MCMC) intranuclear cascade model. The calculations take into account the elementary photoproduction amplitudes via a Regge model and the nuclear effects of photon shadowing, Pauli blocking, and meson-nucleus final-state interactions. The results for pi(0) photoproduction reproduced for the first time the magnitude and energy dependence of the measured rations sigma(gamma A)/sigma(gamma N) for several nuclei (Be, C, Al, Cu, Ag, and Pb) from a Cornell experiment. The results for eta photoproduction fitted the inelastic background in Cornell's yields remarkably well, which is clearly not isotropic as previously considered in Cornell's analysis. With this constraint for the background, the eta -> gamma gamma. decay width was extracted using the Primakoff method, combining Be and Cu data [Gamma(eta ->gamma gamma) = 0.476(62) keV] and using Be data only [Gamma(eta ->gamma gamma) = 0.512(90) keV]; where the errors are only statistical. These results are in sharp contrast (similar to 50-60%) with the value reported by the Cornell group [Gamma(eta ->gamma gamma). = 0.324(46) keV] and in line with the Particle Data Group average of 0.510(26) keV.

Detailed study of the K(L)->pi(0)pi(0)pi(0) Dalitz plot

Using a sample of 68.3x10(6) K(L)->pi(0)pi(0)pi(0) decays collected in 1996-1999 by the KTeV (E832) experiment at Fermilab, we present a detailed study of the K(L)->pi(0)pi(0)pi(0) Dalitz plot density. We report the first observation of interference from K(L)->pi(+)pi(-)pi(0) decays in which pi(+)pi(-) rescatters to pi(0)pi(0) in a final-state interaction. This rescattering effect is described by the Cabibbo-Isidori model, and it depends on the difference in pion scattering lengths between the isospin I=0 and I=2 states, a(0)-a(2). Using the Cabibbo-Isidori model, and fixing (a(0)-a(2))m(pi)(+)=0.268 +/- 0.017 as measured by the CERN-NA48 collaboration, we present the first measurement of the K(L)->pi(0)pi(0)pi(0) quadratic slope parameter that accounts for the rescattering effect: h(000)=(+0.59 +/- 0.20(stat)+/- 0.48(syst)+/- 1.06(ext))x10(-3), where the uncertainties are from data statistics, KTeV systematic errors, and external systematic errors. Fitting for both h(000) and a(0)-a(2), we find h(000)=(-2.09 +/- 0.62(stat)+/- 0.72(syst)+/- 0.28(ext))x10(-3), and m(pi)(+)(a(0)-a(2))=0.215 +/- 0.014(stat)+/- 0.025(syst)+/- 0.006(ext); our value for a(0)-a(2) is consistent with that from NA48.