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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