Double Pionic Fusion: Towards an Understanding of the ABC Puzzle by Exclusive Measurements

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URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-opus-26364
http://hdl.handle.net/10900/48988
Dokumentart: Dissertation
Date: 2006
Language: English
Faculty: 7 Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Department: Physik
Advisor: Clement, Heinz
Day of Oral Examination: 2006-12-11
DDC Classifikation: 530 - Physics
Keywords: Proton-Deuteron-Wechselwirkung
Other Keywords: ABC-Effekt
ABC effect
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Inhaltszusammenfassung:

Unter dem ABC-Effekt versteht man eine riesige Überhöhung am unteren Ende des Spektrums der invarianten Masse von zwei Pionen, die in der doppelt-pionischen Fusion zu gebundenen nuklearen Systemen entstehen. Dieses eigenartige Phänomen konnte seit seiner erstmaligen Beobachtung 1960 in Messungen der 3He-Ejektile in der Reaktion pd->3HeX bisher nicht schlüssig erklärt werden. Ein Grund dafür ist, dass alle bisherigen Messungen zu diesem Effekt inklusive Messungen waren, d.h. lediglich mit Detektoren zum Nachweis des schweren Fragments durchgeführt wurden, was bedeutet, dass nicht die vollständige experimentell zugängliche Information erfasst wurde. Daher wurden an CELSIUS/WASA erstmals vollständige exklusive Messungen dieser Reaktion bei einer Energie von Tp=0.895 GeV durchgeführt, bei der man das Maximum des ABC-Effekts erwartet. Damit wurden zum ersten Mal kinematisch vollständige Daten hinreichender Statistik und getrennt nach Kanälen neutraler und geladener Pionen, d.h. getrennt nach pd->3Hepi0pi0 und pd->3Hepi+pi- gemessen. Als Nebenprodukt wurden auch Ergebnisse zur Drei-Pionen-Produktion erhalten. Die neuen Messdaten sind konsistent mit den früheren inklusiven Messungen. Sie liefern aber weit umfangreichere Detailinformationen, die alle früheren Erklärungsversuche ausschließen. Der jetzt zugängliche, kinematisch komplette Datensatz enthüllt, dass die Überhöhung bei niedrigen pipi-Massen (ABC-Effekt) * nicht notwendigerweise mit einer Überhöhung bei großen pipi-Massen einhergeht, * immer mit der gleichzeitigen Anregung von zwei Delta-Resonanzen verbunden ist, * von skalar-isoskalarer Natur, d.h. ein sigma-Kanal-Phänomen ist, * eine Dynamik im Reaktionssystem erfordert, die bisher nicht betrachtet wurde. Verschiedene mögliche Lösungen werden in dieser Arbeit diskutiert. Alle von ihnen erfordern eine starke Attraktion zwischen den beiden produzierten Delta-Teilchen - ein Punkt, der bisher weder in theoretischen noch experimentellen Arbeiten untersucht wurde. Für die Analyse der Daten wurden neue leistungsfähige Methoden entwickelt, die auf den Techniken neuraler Netze basieren. Laufende wie auch mögliche zukünftige Anwendungen werden diskutiert.

Abstract:

The ABC effect is a huge unexpected enhancement at twice the pion mass in the invariant mass spectrum of two pions, which are generated in double-pionic fusion to bound nuclear systems. This peculiar phenomenon has been missing a conclusive explanation all the time since it has been discovered 1960 in single-arm measurements of 3He ejectiles in the reaction pd->3HeX. One reason for this failure has been that all measurements to this subject have been inclusive, i.e., lacking the full experimentally accessible information. Hence exclusive measurements were performed at CELSIUS/WASA at an energy of Tp=0.895 GeV, where the ABC effect is expected to be strongest. For the first time exclusive data of solid statistics for both the pd->3Hepi0pi0 and pd->3Hepi+pi- reactions were obtained including also results for the three-pion production total cross-section. The new data are consistent with the previous inclusive data. They provide, however, much more additional information, which rule out all previous explications of the ABC effect. The now available kinematically complete set of data reveals that the low pipi-mass enhancement (ABC-effect) * is not necessarily associated with a high pipi-mass enhancement, * is always connected with the simultaneous excitation of two Delta resonances, * is of scalar-isoscalar nature, i.e. a sigma-channel phenomenon, * requires dynamics in the reaction system, which has not been considered hitherto. Various possible solutions are discussed, however, all of them demand a high attraction in the Delta-Delta system - a point, which has never been touched so far in theoretical and experimental investigations. For this data analysis new powerful methods based on neural nets have been developed. Their current and possible future applications are discussed.

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