Measurement of Nucleon-Nucleon Elastic Scattering at Small Angles using the ANKE spectrometer

150 Pages·2016·2.61 MB·English

by  Zara Bagdasarian

Universität zu Forschungszentrum Jülich Tbilisi State
Köln University
Measurement of Nucleon-Nucleon
Elastic Scattering at Small Angles
using the ANKE spectrometer
PhD Thesis by
Zara Bagdasarian
Supervisors: Hans Ströher (Universität zu Köln, FZJ)
Nodar Lomidze (Tbilisi State University, HEPI)
A thesis submitted in partial fulfillment for the
PhD Degree in Physics
under the joint supervision (Cotutelle) from University of Cologne
and Ivane Javakhishvili Tbilisi State University
February 5, 2016

Measurement of Nucleon-Nucleon
Elastic Scattering at Small Angles
using the ANKE spectrometer
Inaugural-Disseration
zur
Erlangung des Doktorgrades
der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Universität zu Köln
(im gemeinsamen Promotionsverfahren (Cotutelle) mit der
Staatlichen Iwane-Dschawachischwili-Universität Tiflis)
vorgelegt von
Zara Bagdasarian
aus Tiflis
Berichterstatter: Prof. Dr. Hans Ströher,
Dr. Nodar Lomidze
Tag der mündlichen Prüfung: 11.04.2016
ივანე ჯავახიშვილის სახელობის
თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტი
ზუსტ და საბუნებისმეტყველო მეცნიერებათა ფაკულტეტი
სადოქტორო პროგრამა: “ფიზიკა”

ზარა ბაღდასარიანი

მცირე კუთხეებზე ნუკლონ-ნუკლონური
დრეკადი გაბნევის შესწავლა ANKE
სპექტრომეტრის გამოყენებით

სადოქტორო დისერტაცია შესრულებულია

ფიზიკის დოქტორის
აკადემიური ხარისხის მოსაპოვებლად

თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტს და კიოლნის უნივერსიტეტს
(გერმანია) შორის ერთობლივი ხელმძღვანელობის (Cotutelle) შესახებ
ხელშეკრულების ფარგლებში

დისერტაციის ხელმძღვანელები:

ჰანს შტროერი – კიოლნის უნივერსიტეტის პროფესორი,
იულიხის კვლევითი ცენტრის ბირთვული
ფიზიკის ინსტიტუტის დირექტორი

ნოდარ ლომიძე – ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი,
თსუ მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტის
უფროსი მეცნიერ თანამშრომელი
სადოქტრო პროგრამის ხელმძღვანელები:

მერაბ ელიაშვილი
მირიან ტაბიძე
Abstract
Afundamentalunderstandingofthenucleon-nucleoninteraction(NN)isoneofthe
ultimate goals of nuclear and hadron physics. Apart from its intrinsic importance
for the studyof nuclear forces, NN elasticscattering data is necessary, for example,
in the modeling of meson production and other nuclear reactions at intermediate
energies.
Quantum chromodynamics, the theory of strong interactions, is not able to de-
termine the NN interaction from first principles because of the non-perturbative
nature at intermediate energies (coupling constant is too strong). Hence, the
phenomenological approaches are necessary to describe the NN interaction. The
partial wave analyses (PWA), e.g. the ones regularly performed by the SAID
group, have proved to be truly invaluable tools over many years for researchers in
this area. Such an analysis relies on the quantity and quality of the experimental
measurements of various proton-proton (pp) and proton-neutron (pn) scattering
observables at different energies over the full angular range.
The goal of many experiments conducted at Cooler Synchrotron (COSY) has been
to provide PWA with the essential precision measurements of NN observables.
The experiments, presented in this thesis, have been carried out within the ANKE
collaboration at COSY-Jülich, Germany. Data was obtained using polarised or
unpolarised proton beam and unpolarised hydrogen or deuterium cluster-jet tar-
gets. The ANKE spectrometer detection system is the ideal set-up for the precise
measurements at small scattering angles that had not been priorly investigated.
The thesis comprises the measurements of the analysing power A and differential
y
cross section dσ/dΩ in the pp elastic scattering, and preliminary results for the
analysing power A in the pn quasi-free elastic scattering. These new precision
y
data close an important gap in the NN database at small scattering angles up to
30° and energies up to 2.8 GeV.
The obtained results are compared to the predictions from the SAID PWA pub-
lished in 2007 that are based on data from the previous experiments. The impact
of the present results is demonstrated by the significant changes in the low partial
waves of the updated SAID PWA, which includes the global data along with the
new ANKE measurements.

Zusammenfassung