Dielectron analysis in p - p collisions at 3.5 GeV with the HADES spectrometer : omega-meson line shape and a new electronics readout for the Multi-wire Drift Chambers
The HADES (High Acceptance DiElectron Spectrometer) is an experimental
apparatus installed at the heavy-ion synchrotron SIS-18 at GSI, Darmstadt.
The main physics motivation of the HADES experiment is the measurement
of e+e− pairs in the invariant-mass range up to 1 GeV/c2 in heavy-ion collisions
as well as in pion and proton-induced reactions.
The HADES physics program is focused on in-medium properties of the light
vector mesons ρ(770), ω(783) and φ(1020), which decay with a small branching
ratio into dileptons. Dileptons are penetrating probes which allow to study
the in-medium properties of hadrons. However, in heavy-ion collisions, the
measurement of such lepton pairs is difficult because they are rare and have a
very large combinatorial background.
Recently, HADES has been upgraded with new detectors and new electronics
in order to handle higher intensity beams and reactions with heavy nuclei up
to Au.
HADES will continue for a few more years its rich physics program at its
current place at SIS-18 and then move to the upcoming international Facility
for Antiproton and Ion Research (FAIR) accelerator complex. In this context
the physics results presented in this work are important prerequisites for the investigation
of in-medium vector meson properties in p + A and A+A collisions.
This work consists of five chapters. The first chapter introduces the physics
motivation and a review of recent physics results. In the second chapter, the
HADES spectrometer is described and its sub-detectors are presented. Chapter
three deals with the issue of lepton identification and the reconstruction of
the dielectron spectra in p + p collisions is presented. Here, two reactions
are characterized: inclusive and exclusive dilepton production reactions. From
the spectra obtained, the corresponding cross sections are presented with the
respective statistical and systematical errors. A comparison with theoretical
models is included as well. Conclusions are given in chapter four.
The final part of this work is dedicated to the HADES upgrade, whose goal
is among others the achievement of a reliable and fast data acquisition of the
Multiwire Drift Chambers (MDCs). Chapter five presents my contribution to
this successful project during the three years of my stay at GSI.HADES (High Acceptance Di-Electron Spectrometer) ist ein hochauflösendes Dielektronenspektrometer, das am Schwerionen-Synchroton(SIS-18) an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt
aufgebaut wurde.
Die primäre physikalische Motivation des Experiments ist die Messung von
e+e− Paare im invarianten Massenbereich bis 1 GeV/c2, sowohl in pion- und
protoninduzierten Reaktionen, als auch in Schwerionenkollisionen.
Schwerpunkt des HADES-Physik Programms ist die Erforschung von in-
Medium Eigenschaften der leichten Vektormesonen ρ(770), ω(783) and φ(1020).
Dileptonen sind ”penetrating probes”, die das Studium der Eigenschaften von
Hadronen in Kernmaterie möglich machen. Allerdings ist die Messung dieser
Dileptonenpaare schwierig, da sie selten sind und einen sehr grossen kombinatorischen
Untergrund haben.
Vor Kurzem wurde HADES mit neuen Detektoren und neuer Elektronik
aufgerüstet, um bei höheren Intensitäten und Reaktionen schwererer Kerne
messen zu können.
Das breite physikalische Programm von HADES wird in den nächsten Jahren
noch am SIS-18 statt finden, und dann am geplanten bevorstehenden international
Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) Beschleuniger fortgesetzt
werden. In diesem Zusammenhang sind die in der vorliegenden Arbeit
vorgestellten physikalischen Ergebnisse wichtige Voraussetzungen für die Untersuchung
der ”in-Medium” Vektormesonen Eigenschaften in p + A und A+A
Kollisionen.
Diese Arbeit besteht aus f¨unf Teilen. Das erste Kapitel beschreibt die zugrunde
liegende physikalische Motivation und gibt eine Übersicht der bisherigen
physikalischen Ergebnisse. Im Rahmen des zweiten Kapitels werden das HADES
Spektrometer und die Subdetektoren beschrieben. Das dritte Kapitel behandelt
die Frage der Identifikation der Leptonen und beschreibt die Rekonstruktion der
Spektren der Elektronenpaare in p + p Kollisionen.
Hier werden zwei Reaktionen charakterisiert: der inklusive (pp → Xω) und
der exklusive (pp → ppω) Produktionsmechanismus der Dileptonen. In den
erhaltenen Spektren werden die entsprechenden Wirkungsquerschnitte mit den
jeweiligen statistischen und systematischen Fehlern dargestellt. Ein Vergleich
mit theoretischen Modellen ist enthalten. Die Schlussfolgerungen werden im
vierten Kapitel gegeben.
Der letzte Teil dieser Arbeit fokussiert auf das HADES ”Upgrade” Programm,
dessen Ziel unter anderem das Erreichen einer zuverlässigen und
schnellen Datenerfassung der Multi-wire Drift Chambers (MDCs) ist. Das
fünfte Kapitel präsentiert meinen Beitrag zu diesem erfolgreichen Projekt
während der drei Jahre meiner Anwesenheit an der GSI