Dresden, Techn. Univ., Diss., 2005.

Dresden, Techn. Univ., Diss., 2003.

We studied the reaction 𝑒𝑝 → 𝑒′𝑝′𝜙 with a 4.2 GeV incident electron beam in the region of the electroproduction variables Q² from 0.7 to 2.2 GeV² and W from 2.0 to 2.6 GeV. The data were taken and analyzed at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility. For the first time, we observe the expected t-slope dependence on Q² and Δ𝜏 in 𝜙 vector meson production. We find that the width of the forward 𝜙-meson diffraction peak increases rapidly as the interaction time decreases below cΔ𝜏 ≈ 1 fm. Within a simple optical model framework, the data show that 𝜙 meson has a smaller size than the 𝜌. The measured 𝜙 cross-section dependence on Q² is in a good agreement with previous measurements and well-described by the phenomenological Pomeron-exchange model. Our cross-section data do not favor the standard Vector Meson Dominance and 𝑠𝑠̅-knockout model predictions. From the angular distribution of the decay 𝜙 → 𝐾⁺𝐾⁻, assuming the 𝑠-channel helicity conservation, we extracted the longitudinal-to-transverse cross-section ratio, 𝑅, and Vector Meson Dominance scaling parameter, 𝜉², which are consistent with the previous measurements and the model expectations. / Ph. D.

University, Diss., 2007--Frankfurt (Main). / Zsfassung in engl. und dt. Sprache.

Main, Universiẗat, Diss., 2001--Frankfurt.

Das Kuehlersynchrotron COSY im Forschungszentrum Juelich kann u.a. einen guten Protonenstrahl fuer Experimente zur Verfuegung stellen. An einem der Experimentierplaetze steht das Flugzeitspektrometer COSY-TOF. Es eignet sich hervorragend zur Untersuchung von Reaktionen, bei denen wenige Teilchen enstehen. Solange die entstehenden Teilchen einen Winkel von hoechstens 70 Grad mit Strahlachse einschliessen, werden diese nachgewiesen. Damit sind im schwellennahen Energiebereich die Flugzeit und Flugrichtung aller langlebigen Teilchen bestimmbar. Zum Nachweis kurzlebiger Teilchen gibt es einige Module im Flugzeitspektrometer zur Rekonstruktion der Flugrichtung. Die Arbeit untersucht zwei Reaktionen, bei denen Hyperonen entstehen: pp-->nK+Sigma+ und pp--> pK0Sigma+ bei einem Strahlimpuls von 2,95 GeV/c. Im schwellennahen Energiebereich liegen bisher keine (in Zeitschriften) veroeffentlichten Daten vor. Die Kenntnis der Reaktionsmechanismen sind jedoch wuenschenswert, um die physikalsiche Beschreibung in vielen Bereichen zu verbessern. Dazu gehoeren die Eigenschaften der Teilchen (Strangenessgehalt des Nukleons) und die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen (auch in extrem dichter Materie). In dieser Arbeit werden die zur Kalibrierung des Detektors notwendigen Schritte, die vom Autor durchgefuehrt wurden, erlaeutert. Im Anschluss wird die Analyse der Daten fuer ein Experiment ausfuehrlich vorgestellt. Durch einige Bedingungen wird erreicht, dass eine (nahezu) untergrundfreie Menge der gesuchten Ereignissen vorliegt. Die Anzahl der gefundenen Ereignisse laesst fuer die Reaktion pp--> nK+Sigma+ nur die Angabe eines totalen Wirkungsquerschnittes zu. Fuer die Reaktion pp--> pK0Sigma+ wird ebenfalls der totale Wirkungsquerschnitt bestimmt. Weiterhin werden Untersuchungen zum Reaktionsmechanismus durchgefuehrt. Dadurch wird ersichtlich, dass diese Reaktion einen starken resonanten Anteil im K0Sigma-System hat. Die Analyse wird auch auf zwei andere Experimente mit COSY-TOF angewendet. Das Auftreten hoeherer Drehimpulse ist erst bei groesseren Strahlimpulsen 3,2 GeV/c zu erkennen.

Am COSY-TOF-Detektor existiert ein umfangreiches Programm zur Untersuchung der assoziierten Strangenessproduktion im Proton-Proton-Stoss. Bei der im April 1998 durchgeführten Messung wurde erstmals die Reaktion pp -> K+ Sigma+ n schwellennah, bei einem Strahlimpuls von 2,85 GeV/c, entsprechend einer Ueberschussenergie von 98 MeV, gemessen. Dabei kamen die in Erlangen gebauten Start- und Vertexdetektoren, die aufgrund ihrer guten Auflösung neben der Bestimmung der Kaonenspur auch die Rekonstruktion des verzögerten Sigma+ -Zerfalls erlauben, zum Einsatz. Als Stoppkomponente mit einer Flugstrecke von 1 m war bei dieser Messung der Quirldetektor im Einsatz. Das primäre Neutron wurde mittels des in Dresden gebauten Neutronendetektors COSYnus nachgewiesen. Die Identifikation der pp -> K+ Sigma+ n -Reaktion basiert dabei auf dem Nachweis des primären Neutrons im Neutronendetektor sowie auf der Rekonstruktion des Sigma+ -Zerfalls. Die für diesen Zerfall charakteristischen Grössen Zerfallspunkt und Winkel zwischen der Sigma+ -Spur und der Spur des geladenen Zerfallsteilchens dienen dabei als Selektionskriterium. Durch die Rekonstruktion der Spuren aller drei Ejektile ist die Berechnung aller kinematischen Grössen im Ausgangskanal möglich. Der beträchtliche Anteil an Untergrundereignissen des Typs pp -> p n pi+ kann durch Schnitte auf den Phasenraum sowie auf die Differenzwinkel zwischen den Ejektilen reduziert, aber nicht vollständig abgetrennt werden. Durch Hinzunahme von Schnitten auf die Neutronenflugzeit kann dieser Untergrund nahezu vollständig unterdrückt werden. Aus dem Experimentdatensatz konnten 22 Ereignisse rekonstruiert werden. Daraus ergibt sich ein totaler Wirkungsquerschnitt von 11,5 plusminus 2,4 microbarn.

Am COSY-TOF-Detektor existiert ein umfangreiches Programm zur Untersuchung der assoziierten Strangenessproduktion im Proton-Proton-Stoss. Bei der im April 1998 durchgeführten Messung wurde erstmals die Reaktion pp -> K+ Sigma+ n schwellennah, bei einem Strahlimpuls von 2,85 GeV/c, entsprechend einer Ueberschussenergie von 98 MeV, gemessen. Dabei kamen die in Erlangen gebauten Start- und Vertexdetektoren, die aufgrund ihrer guten Auflösung neben der Bestimmung der Kaonenspur auch die Rekonstruktion des verzögerten Sigma+ -Zerfalls erlauben, zum Einsatz. Als Stoppkomponente mit einer Flugstrecke von 1 m war bei dieser Messung der Quirldetektor im Einsatz. Das primäre Neutron wurde mittels des in Dresden gebauten Neutronendetektors COSYnus nachgewiesen. Die Identifikation der pp -> K+ Sigma+ n -Reaktion basiert dabei auf dem Nachweis des primären Neutrons im Neutronendetektor sowie auf der Rekonstruktion des Sigma+ -Zerfalls. Die für diesen Zerfall charakteristischen Grössen Zerfallspunkt und Winkel zwischen der Sigma+ -Spur und der Spur des geladenen Zerfallsteilchens dienen dabei als Selektionskriterium. Durch die Rekonstruktion der Spuren aller drei Ejektile ist die Berechnung aller kinematischen Grössen im Ausgangskanal möglich. Der beträchtliche Anteil an Untergrundereignissen des Typs pp -> p n pi+ kann durch Schnitte auf den Phasenraum sowie auf die Differenzwinkel zwischen den Ejektilen reduziert, aber nicht vollständig abgetrennt werden. Durch Hinzunahme von Schnitten auf die Neutronenflugzeit kann dieser Untergrund nahezu vollständig unterdrückt werden. Aus dem Experimentdatensatz konnten 22 Ereignisse rekonstruiert werden. Daraus ergibt sich ein totaler Wirkungsquerschnitt von 11,5 plusminus 2,4 microbarn.

We calculate the strange quark content of the nucleon, <N|ss|N> − <0|ss|0> using a novel method with the MILC lattice QCD gauge ensembles. The strangeness of the nucleon is related to the interaction cross section between dark matter and ordinary nuclear matter (e.g. in detectors) in many models. Previous results for this quantity suffered from uncontrolled systematic errors and/or large statistical uncertainties. The first result using our methods was the first modern calculation of the strangeness of the nucleon[76] with good control of systematic errors and reasonably small statistical errors, greatly reducing the uncertainty in dark matter detection cross sections. A refinement of this method allows for further reduction of statistical error. On the MILC Asqtad data, we obtain <N|ss|N> = 0.637(55)(stat)(74)(sys). The results obtained from this method are consistent with those obtained from other commonly-used methods applied to the MILC data. We also calculate the disconnected part of the pion-nucleon sigma term and the intrinsic charm of the nucleon using this method. The intrinsic charm has large statistical errors but is consistent with a perturbative calculation.

This dissertation presents a theoretical study of soft hadron production in relativistic heavy-ion collisions. The aim is to explore the principles governing the hadronization of the expanding quark-gluon plasma (QGP) fireball, and to understand its properties. Strange hadron production and strangeness abundance in the QGP help us to look before the instant of hadronization. Consideration of entropy and charm production further enhances the reach back in time to the first instances of the heavy ion collision. Much of the ongoing effort is to demonstrate the validity of a QGP hadronization model which describes the particle production data accurately and thus allows us to carry out the above research program. We perform a centrality dependent study of multistrange hadrons from Au-Au collisions at √SNN = 62.4 GeV, data obtained at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). We show that the statistical hadronization model (SHM) well describes particle production. For all centralities, the particle production conditions are compatible with the earlier proposed critical hadronization pressure suggesting a set of universal hadronization conditions of QGP. Heavy-ion collisions at the Large Hadron Collider (LHC) present a new challenge for SHM in describing particle production at TeV energy scales. The chemical non-equilibrium model gives a good description of the hadron production in Pb-Pb collisions at √SNN = 2.76 TeV consistently as a function of centrality. Moreover, the model parameters, such as chemical freeze-out temperature, assume expected values suggested by results from previous studies at lower energies. The quark-gluon plasma fireball hadronizes at the same universal hadronization conditions, that is a common critical pressure, entropy and energy density. At LHC energies, a significant amount of charm is expected to be produced. It is therefore crucial to incorporate charm into the present description of particle production. We present a new tool, an upgraded SHARE with CHARM program, that quantifies the effect of charm on the yield of lighter hadrons and physical properties of the hadronizing fireball. In addition to light flavors (u,d,s), SHARE with CHARM describes charm hadron production and decays of charm hadrons. According to present experimental results, charm decays mainly affect the yields of multistrange particles. This dissertation begins with an introduction to the particle production in heavy-ion collisions and SHM framework, followed by a summary of results that are either published or submitted to peer-reviewed journals and others which are published as conference proceedings. Reprints of the publications are attached to the dissertation as appendices. Each appendix is prefaced with a short summary of presented results, and my contribution to these works is described.