Implementierung einer neuen Datenerfassung und exklusive Messung der Reaktion pp -> pp pi+ pi- am Flugzeitspektrometer COSY-TOF

Abstract

Am Flugzeitspektrometer COSY-TOF wurde die Zwei-Pion-Produktion pp -> pp pi+ pi- bei einer Strahlenergie von 793 MeV, exklusiv, d.h. kinematisch vollständig und über praktisch den gesamten kinematischen Winkelbereich unter Verwendung der kurzen Version des TOF vermessen.

Hierbei wurde erstmals erfolgreich sowohl die neue Datenerfassung auf Basis von EMS für die Datennahme benutzt, als auch die Delayed Pulse Technique an COSY-TOF zur Identifzierung der positiv geladenen Pionen eingesetzt. Im Rahmen dieses Experiments wurde eine Delayed Pulse Technik implementiert, die zusätzlich zu Teilchenidentifikation, Energie-, Flugzeit- und Winkelmessung eine Unterscheidung von pi+ und pi- für den Teil der gemessenen Ereignisse erlaubt, die im Theta_Lab Winkelbereich von 2 bis 28 Grad liegen. Der gemessene totale Wirkungsquerschnitt für die geladene Zwei-Pion-Produktion ergibt sich zu 4.1(4) µb bei T_p = 793 MeV. Aufgrund einer verbesserten Effizienzkorrektur ist der in [Kre03] gemessene Wert bei µb bei T_p = 747 MeV auf 1.6 µb korrigiert worden und damit in guter Übereinstimmung mit den Messungen an WASA/PROMICE.

Die Meßdaten werden mit den Vorhersagen verschiedener Reaktionsmechanismen verglichen, die bereits im Rahmen der Interpretation der WASA/PROMICE Messungen entwickelt wurden. Die Messung wurde mit einem transversal polarisierten Protonenstrahl durchgeführt, so dass die Möglichkeit gegeben war, für die Zwei-Pion-Produktion Analysierstärken in verschiedenen Subsystemen zu bestimmen. Im Gegensatz zu den Vorhersagen finden wir Analysierstärken bis zu Ay ungefähr 0.3. Die Daten im Energiebereich der Anregung der Roper Resonanz bestätigen, dass der vorherrschende pi pi Zerfallskanal der Kanal N* -> N sigma ist. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit wurde bereits im European Physics Journal veröffentlicht.

The two-pion production pp pp\pi^+\pi^-$ was measured exclusively at T_p = 793 MeV using the short version of the COSY-TOF spectrometer.

In this measurement both the new EMS-based data acquisition system and a delayed pulse technique have been used, which, in addition to particle identification, energy, time of flight, and angle determination provides pi+ identification for pions in the theta_lab range from 2 to 28 degrees. The measured total cross section for this reaction is sigma = 4.1(4) µb at T_p = 793 MeV. Due to an improved efficiency correction, the measured total cross section in [Kre03] has been corrected to sigma = 1.6 µb at T_p = 747 MeV. This value agrees nicely with the results from WASA/PROMICE.

The data are compared to previous data and theoretical models which have been developed to understand the results from WASA/PROMICE measurements. The measurements have been carried out with transversally polarized proton beam which made it possible to determine analyzing powers for different subsystems of the two pion production reaction. In contrast to predictions we find significant analyzing power values up to A_y = 0.3. The data in the range of roper excitation confirm that the dominating pi pi decay channel is N* -> N sigma. A major part of this work has been published in the European Physics Journal.