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Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/05 Podcast
Die Messung der spinabhaengigen Strukturfunktion g_1 des Deuteriums mit dem SMC Experiment

Die Messung der spinabhaengigen Strukturfunktion g_1 des Deuteriums mit dem SMC Experiment

Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/05 vor 23 Jahren

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Die tiefinelastische Streuung von Leptonen an Nukleonen stellt eine
gute Methode dar, die Struktur der Nukleonen zu erforschen. Erste
Messungen der Strukturfunktionen des Protons wurden bereits in den
60er Jahren am Stanford Linear Accelecator Center (SLAC)
vorgenommen. Es wurde hier ein 20 GeV Elektronstrahl benutzt. Diese
Messungen zeigten, dass die Wirkungsquerschnitte einem
Skalenverhalten genuegen, welches charakteristisch ist fuer eine
Streuung an punktfoermigen Konstituenten. Dies war vom
Quark-Parton-Modell (QPM) vorhergesagt worden. Die spinabhaengigen
Strukturfunktionen des Protons wurden am SLAC in den 70er Jahren
erstmals gemessen. Die Messungen wurden dann am CERN (Europaeisches
Zentrum fuer Elementarteilchenphysik) durch die European Muon
Collaboration (EMC) in den Jahren 1984 und 1985 mit einem
Myonstrahl hoeherer Energie fortgesetzt. Der CERN Myonstrahl hatte
eine Strahlenergie von 280 GeV und wurde aus dem Beschuss von
Protonen aus dem Super-Proton-Synchrotron (SPS) auf ein
Beryliumtarget und anschliessendem Zerfall der dabei entstehenden
Pionen in ein Myon und ein Neutrino erzeugt. Die Myonen sind
aufgrund der Paritaetsverletzung beim Pionzerfall natuerlich
polarisiert. Anders als bei den SLAC-Experimenten mit
Elektronenstrahlen kann allerdings die Polarisation nicht so leicht
invertiert werden. Die EMC arbeitete deshalb mit zwei
entgegengesetzt polarisierten Targethaelften. Die Nachfolger der
EMC, die Spin-Muon-Collaboration (SMC), verwendet im wesentlichen
denselben experimentellen Aufbau, der schon von der EMC und der
New-Muon-Collaboration (NMC) genutzt worden war. Sie benutzte fuer
die erste Datennahme im Jahre 1992 das von EMC konstruierte Target,
welches im Jahre 1993 durch ein groesseres und verbessertes Target
ersetzt wurde. Als Targetmaterial wurde Butanol und mit Deuterium
versetztes Butanol verwendet. Dadurch konnte im Jahre 1992 die
Strukturfunktion des Deuterium g_1d gemessen werden. Zusammen mit
der Messung der spinabhaengigen Protonstrukturfunktion g_1p konnte
dann die Neutronenstrukturfunktion g_1n bestimmt werden. Die
Strahlenergie lag 1992 bei 100 GeV und in den darauffolgenden
Jahren bei 190 GeV. Die aus diesen Messungen resultierenden ersten
Momente Gamma_p, Gamma_d und Gamma_n sind im Quark-Parton-Modell
mit dem Spinanteil der Quarks am Nukleonenspin verbunden. Die von
der EMC gefundene Abweichung von der Ellis-Jaffe Summenregel, die
eine theoretische Vorhersage ueber den Wert dieser ersten Momente
unter bestimmten Annahmen macht, wurde bestaetigt. Die
fundamentalere Bjorken Summenregel hingegen, die eine Aussage ueber
die Differenz der ersten Momente von Proton und Neutron macht,
konnte mit sehr grosser Genauigkeit bestaetigt werden. In dieser
Arbeit wird der gesamte Deuterium Datensatz, der von der SMC
aufgezeichnet wurde, verwendet. Es werden neue Methoden zur
Berechnung der Asymmetrie und zu der aus den Schwankungen im
Ansprechverhalten des Spektrometers resultierenden scheinbaren
Asymmetrie vorgestellt. Aus der Analyse der Deuterium Daten der
Jahre 1992, 1994 und 1995 wird das erste Moment der spinabhaengigen
Strukturfunktion Gamma_d berechnet. Zusammen mit der Messung der
Protonstrukturfunktion g1_p wird das erste Moment der
Neutronstrukturfunktion Gamma_n ermittelt. Abschliesend werden
diese Werte mit den theoretischen Vorhersagen von Bjorken und
Ellis-Jaffe verglichen.