Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3849
Hesselbarth, Daniel
Experimentelle Untersuchungen zur Hyperon-Produktion im Proton-Proton-Stoss
II, 108 S., 2001

Die assoziierte Strangeness-Produktion im Kanal pp -+ pK+[Lambda] wurde am Flugzeit- spektrometer COSY- TOF bei zwei Energien oberhalb der Schwelle (Überschuss- Energien [epsilon]pK[Lambda] = 85 MeV und 115 MeV) exklusiv vermessen. Durch den verzögerten schwachen Zerfall des Hyperons ([Lambda] -+ p[pi]-) zeigt die Reaktion eine sehr deutliche Signatur, so dass ein nahezu untergrundfreier Datensatz extrahiert werden kann. Die große Phasenraum-Akzeptanz des Detektors ermöglicht die Messung aller vier geladenen Teilchen im Ausgang. Der A-Richtungsvektor wird aus den Koordinaten von Primär- und Sekundärvertex gebildet, so dass die Ereignisse kinematisch komplett rekonstruiert werden.
Bei der Offline-Analyse wird zunächst mittels einer geometrischen Rekonstruktion aus den Ortsinformationen der Detektoren ein System von vier Spuren gebildet, das die gesamte Topologie der geladenen Spuren eines Ereignisses vom Typ pp -+ pK+([Lambda] -+ p[pi]-) beschreibt. Dies besteht aus zwei Zweiteilchen- Subsystemen mit je einem gemeinsamen Vertex: dem primären Teilchenpaar (p,K+) sowie dem [Lambda]-Zerfallspaar (p,[pi]-). Im Anschluss wird jede geometrischen Lösung kinematisch gefittet, so dass man physikalisch widerspruchsfreie Ereignisse erhält. Monte Carlo Simulationen wurden verwendet, um die Analyse-Algorithmen zu entwickeln und Akzeptanz-Korrekturen durchzuführen.
Da die Energien und Impulse aller Teilchen bekannt sind, kann jede denkbare absolute oder differentielle Observable sowie Winkelkorrelationen der Teilchen extrahiert werden. Der totale Wirkungsquerschnitt der Reaktion pp -+ pK+[Lambda] wurde zu [sigma]tot = 7.4 ± 0.5.µb, bzw. [sigma]tot = 8.6 ± O.6 µb für die Überschuss-Energien von 85 MeV, bzw. 115 MeV bestimmt. Außerdem werden Winkelverteilungen der Primärteilchen sowie invariante Massenspektren der Zweiteilchen-Subsysteme gezeigt.
Eine Observable, die in diesem Kanal bisher nicht dargestellt wurde, ist die Orientierung der Ejektilebene relativ zur Strahlrichtung. Diese Ebene wird festgelegt durch die Schwerpunktsimpulse der drei Ausgangsteilchen p, K+ und [Lambda]. Die Verteilung zeigt eine deutliche Abweichung vom reinen Phasenraumverhalten, sie liegt bei der betrachteten Reaktion vorzugsweise in der durch Strahl- und Target-Proton definierten Richtung.
Die Zählraten wurden mit Hilfe einer simultan durchgeführten Messung pp -+ d[pi]+ normiert. Die Winkelverteilungen stimmen mit Literatur-Daten sehr gut überein. Es konnte so gezeigt werden, dass die Analyse der Reaktion an COSY-TOF mit hoher Statistik bei niedrigem Untergrund möglich ist.


The associated strangeness production in the reaction pp -+ pK+[Lambda] has been investigated exclusively at two energies above threshold (excess energies [epsilon]pK[Lambda] = 85 MeV and 115 MeV) using the time-of-flight spectrometer COSY-TOF. Due to the delayed weak decay of the hyperon ([Lambda]-+ p[pi]-) the reaction exhibits a very distinct signature allowing for a nearly background free event sample. Using the large phase space acceptance of the TOF spectrometer, all four charged particles in the output channel are measured. The A-direction vector is reconstructed from the coordinates of the primary and secondary vertex, so that the final event sample is kinematically complete.
During the offiine analysis first a geometrical reconstruction is performed, where charged tracks are searched for using the detector hits. The tracks found are fitted geometrically to a system of four tracks, which represents the complete topological description of an event of the type pp -+ pK+ ([Lambda]-+ p[pi]-). It consists of two two-particle subsystems with a common vertex each, representing the primary pair (p,K+) and the A-decay pair (p,[pi]-). Subsequently, each geometrical solution is undergoing a kinematical fit leading to physically consistent results. Monte Carlo simulations have helped in developing analysis algorithms and have been used to perform acceptance corrections.
As the energies and momenta of all particles are known, any conceivable absolute or differentialobservable of the reaction as well as angular correlations can be extracted. The total cross section of the reaction pp -+ pK+[Lambda] has been determined to be [sigma]tot = 7.4 ± 0.5 µb and [sigma]tot = 8.6 ± 0.6 µb for the excess energies of 85 MeV and 115 MeV, respectively. Additionally, angular distributions of the primary particles and invariant mass spectra of the two-particle subsystems are presented.
An observable, which so far has not been shown for this channel is the angular distribution of the ejectile plane relative to the beam direction. It is defined by the center-of-mass momenta of the three ejectile particles in pp -+ pK+[Lambda]. In the case of [Lambda]-production it shows a distinct deviation from phase space behaviour, indicating that the CMS ejectile plane preferrably lies in the beam-target direction.
The counting rates have been normalized to a simultaneous measurement of pp -+ d[pi]+ .The angular distribution agrees very nicely with the literature, proving that the analysis of the reaction is possible with high statistics and low background using COSY-TOF .

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Letzte Änderung: 07.06.2022