![Page 1: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/1.jpg)
Experimente mit reellen Photonen
Vortrag von Daniel Pätzold
![Page 2: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Übersicht
• Motivation– Nukleon– Anregungsspektren
• N→Δ – Übergang– Photoproduktion neutraler Pionen
• Experiment– Technische Anforderungen– Photonerzeugung– Detektoren
• Ergebnisse
![Page 3: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Einige Phänomene der Nukleonen
• Anomales magnetisches Moment
• Ausdehnung (Ladungsradius)• „Formfaktoren der Nukleonen“
• Anregungsspektren
• Polarisierbarkeit
• Quarkstruktur• „Quarks im Nukleon“
![Page 4: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Experimente mit e.-m. Sonden
• Spektroskopie– Untersuchung der
Zerfallprozesse angeregter Zustände
– Anregung über• Reelle Photonen:
q²=0
• Virtuelle Photonen:
q²≠0 (→m ≠0)
![Page 5: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Atomspektren
• Anregungsenergien im Bereich von einigen eV
• Wohl separierte Zustände
![Page 6: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Kernspektren
• Anregungsenergien von keV bis MeV
• Ebenfalls separierte Zustände
e 12C -> e' p X
5 MeV
![Page 7: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Nukleonspektren• Anregungsenergien im Bereich
von MeV-GeV
• Größere Zustandsbreiten → höhere Zustände überlappen
(→ außerdem kurzlebiger)
• Δ(1232)-Resonanz (relativ separat)
*NN
![Page 8: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/8.jpg)
Wirkungsquerschnitt
• Überhöhungen im
totalen Photo-
absorptionsquerschnitt
• Relativ separates Resonanz-gebiet bei 340 MeV →Δ(1232)
• Überlappungen (im Gegensatz zu Atom- bzw. Kernspektren)
![Page 9: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/9.jpg)
9
N→Δ – Übergang
• E.-m. Multipolanregung:– Magnetische Dipolanregung (M1)
• einfacher Spinflip-Übergang
– Elektrische Quadupolanregung (E2)
![Page 10: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Zerfallskanäle der Δ-Resonanz
• Totaler Photoabsorptions-querschnitt mit Aufspaltung in die verschiedenen Zerfallskanäle
pp 0
np
![Page 11: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Untersuchung der Δ-Resonanz
• J=? (Spin)• P=? (Parität)• Kopplungen
pp 0
![Page 12: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Erhaltungssätze
• Energie (→ Rekonstruktion des Pions)
• Ladung
• Parität
• Bahndrehimpuls und Spin
• (Baryonen - und Leptonenzahl)
• (Isospin)
![Page 13: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Beispiel (JP(Delta)= 3/2+)
• Gesamtdrehimpuls → lpi = {1 oder 2}• Parität
→ nur Lpi = 1 möglich→ mögliche Multipolanregungen:
M1 → 5 – 3 cos² θE2 → 1 + cos² θ
½+ ½+
1- 0-
l l =1
3/2+
Teilchen Spin Parität JP
p ½ + ½+
0 0 - 0-
1 - 1-
pp 0
![Page 14: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Neutrales Pion (p → 0 p)
Masse: 134,97 MeV/c²Lebensdauer: 86*10-9 nsZerfall: 0 → (98,8%)
![Page 15: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Rekonstruktion (1)
• Invariante Masse– Nachweis der Photonen: 0 →
)cos(
)cos(
0mfür /cEmit cos
)(
)(:Invariante
i
1c
EE2cm
1c
EE2
ppp2c
EE2
ppc
E
c
Eppss
cmc
cmp
c
Es
pps
22122
0
221
i21221
221
2212
21fi
2202
2202
0
20
i
2BA
![Page 16: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/16.jpg)
Rekonstruktion (2)
• Missing mass mx=m0
– Nachweis des Protons: p → x p
2x
22x
21ixfi
x21fpi
pcm
pppppp
ppppppp
,
![Page 17: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Anforderungen an das Experiment(p → 0 p)
• Photonenstrahl: – bekannte Energien (quasi monochromatisch)
→ Energiebereich des gesamten Resonanzgebietes
– Polarisiert
• Detektor:– große Raumwinkelabdeckung
(Winkelverteilungen! )
– Energie- und Winkelauflösung
(inv. Masse!)
– Zeitauflösung
(unkorrelierte Ereignisse unterdrücken!)
![Page 18: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/18.jpg)
Erzeugung des Photonenstrahls
• Bremsstrahlung
• Comptonstreuung
![Page 19: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/19.jpg)
Energie-Markierungsanlage (Tagger)
![Page 20: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/20.jpg)
Bremsstrahlung
• Energiebilanz:
• Bremsstrahlung-spektrum:• kontinuierlich
• dσ/dE rund 1/ E
EEEe
'0
KerneKerne '
![Page 21: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/21.jpg)
Two Arms Photon Spectrometer (TAPS)
• Flüssiges Wasserstofftarget
• 504 BaF2 – Detektoren
![Page 22: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/22.jpg)
BaF2 – Detektor
![Page 23: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/23.jpg)
Szintillatoren
Organische
z.B. Plastikszintillatoren
• Organische Moleküle• Fluoreszenzanregung der
Moleküle• Kurze Abklingzeiten
Einsatz:Elektronennachweis
Anorganische
z.B. BaF2, NaI
• Kristalle mit Aktivator-zentren dotiert
• Elektronen-Loch-Paare• Abklingzeiten:
einige 100 ns
Einsatz:Gamma - Detektoren
![Page 24: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/24.jpg)
Invariante Massenspektrum
Von TAPS
![Page 25: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/25.jpg)
Winkelverteilungen
→ M1 dominiert ( 5 – 3 cos² θ )
![Page 26: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/26.jpg)
Crystal Ball
![Page 27: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/27.jpg)
Invariantes Massenspektrum
von Crystal Ball
![Page 28: Experimente mit reellen Photonen Vortrag von Daniel Pätzold](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062307/55204d6149795902118b5b27/html5/thumbnails/28.jpg)
Zusammenfassung
• Q2 = 0• Atom-, Kern-, Nukleonspektrum• N→Δ – Übergang, M1p →Delta → 0 p • Invariante Masse• Bremsstrahlung tagging• TAPS• Crystalball