The π − η and π − η 0 Systems in Exclusive 190 GeV π − p Reactions at COMPASS (CERN)

Diese Dissertation widmet sich der Analyse der Eigenschaften der Systeme π−η und π−η′. Wir untersuchen dazu Daten, welche das COMPASS-Experiment am CERN im Jahr 2008 bei den Reaktionen π−p → π−π−π+π0p bzw. π−p → π−π−π+η mit niedrigem Impulsu bertrag auf das Targetproton (0.1 GeV^2 < −t < 1 GeV^2) aufgezeichnet hat. Die isoskalaren Mesonen η und η′ erscheinen dann als Peaks in den invariante-Masse-Spektren der Dreikorpersysteme π−π+π0 bzw. π−π+η, die jeweils im Endzustand π−π+γγ selektiert wurden. Wir zerlegen die so gewonnenen Zweikorpersysteme nach Partialwellen. Wir finden eine einfache Vorschrift, welche es erlaubt allein anhand von Phasenraumfaktoren mit guter Ubereinstimmung die Amplituden der geraden Partialwellen D+ (JP = 2+) und G+ (JP = 4+) zwischen den beiden Endzustanden zu ubersetzen. Desweiteren gehen wir der Frage nach, ob eine beobachtete Intensitat der P+-Welle mit einer Resonanz identifiziert werden kann. Ihr neutraler Isospinpartner hatte Quantenzahlen JPC = 1−+, welche nicht mit einem Fermion-Antifermion-Zustand identifiziert werden konnen, welche also nicht einem Quarkmodellzustand zugeordnet werden konnen. Zudem identifizieren wir die bekannten Mesonen a2(1320) und a4(2040), deren Verzweigungsverhaltnisse wir bestimmen. Bevor wir zu diesen Ergebnissen kommen, beschreiben wir die bekannten Eigenschaften der starken Wechselwirkung im Hinblick auf die Systematisierung mesonischer Systeme. Wir diskutieren die im von uns betrachteten Bereich hoher Energien und niedriger Impulsubertrage ubliche Behandlung von Streuprozessen als t-Kanalaustausch sogenannter Regge-Trajektorien und erortern Symmetrieeigenschaften, welche die Datenanlyse erheblich vereinfachen. Anschliesend diskutieren wir das COMPASS-Experiment, wobei wir besonderes Gewicht auf die Teile legen, welche bei der Gewinnung der in dieser Arbeit analysierten Daten wesentlich waren. Insbesondere beschreiben wir den als Teil dieser Arbeit entwickelten Sandwich-Veto-Detektor, ein elektromagneitsches Kalorimeter, welches als wesentlicher Teil des Triggersystems die verwertbaren Daten um einen Faktor > 3 anreicherte, indem es Ereignisse ausschloss, in welchen Reaktionsprodukte das Spektrometer verfehlten. Um die Datenselektion mit bestmoglicher Qualitat durchfuhren zu konnen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein datenbasiertes Eichverfahren fur die elektromagnetischen Kalorimeter des COMPASS-Experiments entwickelt. Eine Software zum kinematischen Fit wurde ebenso entwickelt und benutzt, um eine moglichst hohe Auflosung zu erzielen. Wir zeigen kinematische Grosen, die die vorliegenden Produktionsmechanismen verdeut- lichen. Wir erlautern das Analyseverfahren der sogenannten Partialwellenanalyse in seiner Anwendung auf die betrachteten periphar produzierten Systeme aus zwei Pseudoskalaren Teilchen und die benutzten Softwarelosungen, welche teilweise eigens fur diese Arbeit entwickelt wurden. Diese Techniken wenden wir auf die Daten an und kommen so zu den bereits oben erwahnten Ergebnissen. Wir vergleichen auch die Ergebnisse, die wir mit zwei verschiedenen Ansatzen erhalten. Beim einen wird das π−η(′)-System als Zweikorpersystem behandelt, beim anderen werden die Dreikorperzerfalle η → π−π+π0 bzw. η′ → π−π+η zur Untergrundseparation benutzt und somit ein Vierkorpersystem behandelt. Wir heben an dieser Stelle besonders hervor, dass wir eine einfache Transformation finden, welche es erlaubt die beobachteten Partialwellen D+ und G+ mit Quantenzahlen JP = 2+ bzw. 4+ zwischen den beiden Systemen ηπ− und η′π− als qualitativ gleichartig zu erkennen. Wir stellen aber auch fest, dass diese Gleichartigkeit fur die spin-exotische P+-Welle nicht gegeben ist. Zuletzt fuhren wir in Analogie zu fruheren Analysen Modellfits durch, in welchen wir Parametrisierungen der Daten anhand von Breit-Wigner-Resonanzamplituden finden, und nutzen diese, um Verzweigungsverhaltnisse der bekannten a2(1320) und a4(2040) Mesonen zu gewinnen. Wir vergleichen diese mit den Vorhersagen aus der Theorie der η-η′-Mischung, und im Falle des a2(1320), mit fruheren Messungen. In Anhangen sammeln wir einige nutzliche Formeln und auserdem Ergebnisse, welche nicht zum Hauptteil dieser Arbeit passen.