Strukturfunktionen des Nukleons - Teil 2 - Physik

Strukturfunktionen des Nukleons Teil 2
Theorie und Experiment
Sebastian Neubert und Quirin Weitzel
TU München, Physik Department E18
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.1/43
Übersicht
•
Stand von letzter Woche (SLAC Daten)
•
Interpretation im Quark-Modell
•
Fehlender Impuls und Gluonen
•
ν-Streuung: Grundlagen
•
ν-Streuung: Experimente und Daten
•
Präzisionsexperimente: NMC
•
Zusammenfassung und Ausblick
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.2/43
Stand von letzter Woche (SLAC Daten)
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Partonen mit Spin 12
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.3/43
Stand von letzter Woche (SLAC Daten)
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Partonen mit Spin 12
•
Partonen lassen sich mit den Quarks
identifizieren
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.3/43
Stand von letzter Woche (SLAC Daten)
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Partonen mit Spin 12
•
Partonen lassen sich mit den Quarks
identifizieren
•
Tiefinelastische ep-Streuung läßt sich mit
zwei Strukturfunktionen beschreiben:
F2 = νW2 und F1 = M W1
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.3/43
Stand von letzter Woche (SLAC Daten)
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Partonen mit Spin 12
•
Partonen lassen sich mit den Quarks
identifizieren
•
Tiefinelastische ep-Streuung läßt sich mit
zwei Strukturfunktionen beschreiben:
F2 = νW2 und F1 = M W1
•
“Bjorken-Scaling”, “Callan-Gross” und
Partonverteilungen:
P 2
2
F2 (x, Q ) = F2 (x) = 2xF1 = f ef xqf (x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.3/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Assoziation: geladene Partonen → Quarks:
Ladung: ef · |e|, Impulsverteilung: qf (x), q̄f (x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.4/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Assoziation: geladene Partonen → Quarks:
Ladung: ef · |e|, Impulsverteilung: qf (x), q̄f (x)
•
Quantenzahlen des Nukleons: Valenzquarks
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.4/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Assoziation: geladene Partonen → Quarks:
Ladung: ef · |e|, Impulsverteilung: qf (x), q̄f (x)
•
Quantenzahlen des Nukleons: Valenzquarks
•
Zusätzlich q q̄-Paare: Seequarks
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.4/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Assoziation: geladene Partonen → Quarks:
Ladung: ef · |e|, Impulsverteilung: qf (x), q̄f (x)
•
Quantenzahlen des Nukleons: Valenzquarks
•
Zusätzlich q q̄-Paare: Seequarks
•
Damals bekannt (entsprechend Anti-Quarks):
u-Quark: eu = 23 , u(x) = qu (x)
d-Quark: ed = − 13 , d(x) = qd (x)
s-Quark: es = − 13 , s(x) = qs (x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.4/43
Interpretation im Quark-Modell
•
u(x) ist Gesamtvert. mit Valenzquarkanteil
uV (x) und Seequarkanteil uS (x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.5/43
Interpretation im Quark-Modell
•
u(x) ist Gesamtvert. mit Valenzquarkanteil
uV (x) und Seequarkanteil uS (x)
•
Antiquarks nur im See, q q̄ immer Paarweise:
¯
uS (x) = ū(x), dS (x) = d(x),
sS (x) = s̄(x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.5/43
Interpretation im Quark-Modell
•
u(x) ist Gesamtvert. mit Valenzquarkanteil
uV (x) und Seequarkanteil uS (x)
•
Antiquarks nur im See, q q̄ immer Paarweise:
¯
uS (x) = ū(x), dS (x) = d(x),
sS (x) = s̄(x)
•
Symmetrie: Proton = (uud), Neutron = (udd)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.5/43
Interpretation im Quark-Modell
•
u(x) ist Gesamtvert. mit Valenzquarkanteil
uV (x) und Seequarkanteil uS (x)
•
Antiquarks nur im See, q q̄ immer Paarweise:
¯
uS (x) = ū(x), dS (x) = d(x),
sS (x) = s̄(x)
•
Symmetrie: Proton = (uud), Neutron = (udd)
P 2
2xF1 = F2 (x) = f ef xqf (x), x = xB
•
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.5/43
Interpretation im Quark-Modell
•
u(x) ist Gesamtvert. mit Valenzquarkanteil
uV (x) und Seequarkanteil uS (x)
•
Antiquarks nur im See, q q̄ immer Paarweise:
¯
uS (x) = ū(x), dS (x) = d(x),
sS (x) = s̄(x)
•
Symmetrie: Proton = (uud), Neutron = (udd)
P 2
2xF1 = F2 (x) = f ef xqf (x), x = xB
•
•
Unterscheide p und n:
p,n
F2 (x),
up,n (x), . . .
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.5/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Warum eigentlich Seequarks?
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.6/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Warum eigentlich Seequarks?
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.6/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Summenregeln:
R1 p
R1 p
p
0 {u (x) − ū (x)}dx = 0 uV (x)dx = 2
R1 p
R1 p
p
¯ (x)}dx = d (x)dx = 1
{d
(x)
−
d
0
0 V
R1 p
p
{s
(x)
−
s̄
(x)}dx = 0
0
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.7/43
Interpretation im Quark-Modell
•
•
Summenregeln:
R1 p
R1 p
p
0 {u (x) − ū (x)}dx = 0 uV (x)dx = 2
R1 p
R1 p
p
¯ (x)}dx = d (x)dx = 1
{d
(x)
−
d
0
0 V
R1 p
p
{s
(x)
−
s̄
(x)}dx = 0
0
Isospin-Symmetrie:
up (x) = dn (x) ≡ u(x),
dp (x) = un ≡ d(x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.7/43
Interpretation im Quark-Modell
•
•
Summenregeln:
R1 p
R1 p
p
0 {u (x) − ū (x)}dx = 0 uV (x)dx = 2
R1 p
R1 p
p
¯ (x)}dx = d (x)dx = 1
{d
(x)
−
d
0
0 V
R1 p
p
{s
(x)
−
s̄
(x)}dx = 0
0
Isospin-Symmetrie:
up (x) = dn (x) ≡ u(x),
•
dp (x) = un ≡ d(x)
Flavour-symmetrischer See?
¯ = s̄(x) =: S(x)
ū(x) = d(x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.7/43
Interpretation im Quark-Modell
•
1
x
p
(F2 (x)
Vergleiche F2p (x) und F2n (x):
−
F2n (x))
1
3
= (uV (x) −
dV (x))+ 23
¯
ū(x) − d(x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.8/43
Interpretation im Quark-Modell
•
1
x
p
(F2 (x)
Vergleiche F2p (x) und F2n (x):
−
F2n (x))
1
3
= (uV (x) −
dV (x))+ 23
¯
ū(x) − d(x)
Verhalten für
x → 0!
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.8/43
Interpretation im Quark-Modell
•
1
x
p
(F2 (x)
Vergleiche F2p (x) und F2n (x):
−
F2n (x))
1
3
= (uV (x) −
dV (x))+ 23
¯
ū(x) − d(x)
Verhalten für
x → 0!
•
Gottfried-Summe:
R1
1
0 x
E
1
8
p
(F2 (x)
− F2n (x)) dx 6=
1
3
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.8/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Vergleiche F2p (x) und F2n (x) unter der
Annahme eines flavour-symmetrischen Sees:
F2n
F2p
=
4dV (x)+uV (x)+12S(x)
dV (x)+4uV (x)+12S(x)
=: r
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.9/43
Interpretation im Quark-Modell
•
Vergleiche F2p (x) und F2n (x) unter der
Annahme eines flavour-symmetrischen Sees:
F2n
F2p
=
4dV (x)+uV (x)+12S(x)
dV (x)+4uV (x)+12S(x)
=: r
1. r → 1 für x → 0
2. r → 14 für x → 1
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.9/43
Fehlender Impuls und Gluonen
•
Definiere:
F2N (x)
=
p
1
2 (F2 (x)
+ F2n (x))
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.10/43
Fehlender Impuls und Gluonen
•
•
Definiere:
Es gilt:
F2N (x)
F2N (x)
'
=
p
1
2 (F2 (x)
5
18 x
P
+ F2n (x))
f (qf (x)
+ q̄f (x))
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.10/43
Fehlender Impuls und Gluonen
•
Definiere:
F2N (x)
F2N (x)
'
=
p
1
2 (F2 (x)
5
18 x
P
+ F2n (x))
f (qf (x)
+ q̄f (x))
•
Es gilt:
•
Wenn der gesamte Impuls des Nukleons von
den Quarks getragen würde, wäre
R1 P
R1 N
5
5
F
(x)dx
'
x
(q
(x)+
q̄
(x))dx
=
f
f f
0 2
18 0
18
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.10/43
Fehlender Impuls und Gluonen
•
Definiere:
F2N (x)
F2N (x)
'
=
p
1
2 (F2 (x)
5
18 x
P
+ F2n (x))
f (qf (x)
+ q̄f (x))
•
Es gilt:
•
Wenn der gesamte Impuls des Nukleons von
den Quarks getragen würde, wäre
R1 P
R1 N
5
5
F
(x)dx
'
x
(q
(x)+
q̄
(x))dx
=
f
f f
0 2
18 0
18
•
Man misst aber nur ∼ 50% (auch in der
ν-Streuung) ⇒ Es gibt Teilchen im Nukleon,
die weder elektromagnetisch noch schwach
wechselwirken ⇒ Gluonen
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.10/43
ν-Streuung: Grundlagen
Warum ν-Streuung?
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.11/43
ν-Streuung: Grundlagen
Warum ν-Streuung?
•
Virtuelles γ koppelt an Quarkladungen
unabhängig davon ob q oder q̄
•
Mit geladenen Leptonen kann man nicht
direkt Valenz- und Seequarks separieren
•
ν-Streuung unterscheidet zwischen q und q̄
•
Grund: linkshändige ν (rechtshändige ν̄)
koppeln nur an linkshändige q (rechtsh. q̄)
•
Ausserdem: Ladungserhaltung am Vertex
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.11/43
ν-Streuung: Grundlagen
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.12/43
ν-Streuung: Grundlagen
Helizitäts-, Impuls- und Drehimpulserhaltung!
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.12/43
ν-Streuung: Grundlagen
Helizitäts-, Impuls- und Drehimpulserhaltung!
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.12/43
ν-Streuung: Grundlagen
Eigenschaften der schwachen Wechselwirkung:
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.13/43
ν-Streuung: Grundlagen
Eigenschaften der schwachen Wechselwirkung:
•
Drei schwere Austauschbosonen: W ± , Z 0
•
Extrem kurzreichweitig: ∼ 10−3 fm
•
Universalität der schwachen Ladung
•
Maximale Paritätsverletzung
•
CKM-Mischung der schwachen
Quark-Eigenzustände (vernachlässigen wir)
•
Spontan gebrochene Eichsymmetrie
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.13/43
ν-Streuung: Grundlagen
Herleitung des νN Wirkungsquerschnittes
analog zur ep-Streuung bis auf:
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.14/43
ν-Streuung: Grundlagen
Herleitung des νN Wirkungsquerschnittes
analog zur ep-Streuung bis auf:
α
Q2
durch
2
GF M W
√
2 )
2π 2(Q2 +MW
•
Ersetze
•
νN
ν̄N
Ersetze W1,2 durch W1,2
bzw. W1,2
•
Wir brauchen eine dritte Strukturfunktion W3 ,
um den Hadrontensor zu parametrisieren
(Eich- und Paritätssymmetrie fallen weg)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.14/43
ν-Streuung: Grundlagen
Ergebnis (im Laborsystem):
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.15/43
ν-Streuung: Grundlagen
Ergebnis (im Laborsystem):
2
d σ(νN )
=
0
dΩdE
0
2
4
GF M W E 2
νN
2
2
{2W
(ν,
Q
)
sin
1
2 )2
2π 2 (Q2 + MW
θ
+
2
0
+
W2νN (ν, Q2 ) cos2
θ
νN
2 E +E
2 θ
+ W3 (ν, Q )
sin }
2
M
2
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.15/43
ν-Streuung: Grundlagen
Ergebnis (im Laborsystem):
2
d σ(νN )
=
0
dΩdE
0
2
4
GF M W E 2
νN
2
2
{2W
(ν,
Q
)
sin
1
2 )2
2π 2 (Q2 + MW
θ
+
2
0
+
W2νN (ν, Q2 ) cos2
θ
νN
2 E +E
2 θ
+ W3 (ν, Q )
sin }
2
M
2
Vergleich zur ep-Streuung:
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.15/43
ν-Streuung: Grundlagen
Ergebnis (im Laborsystem):
2
d σ(νN )
=
0
dΩdE
0
2
4
GF M W E 2
νN
2
2
{2W
(ν,
Q
)
sin
1
2 )2
2π 2 (Q2 + MW
θ
+
2
0
+
W2νN (ν, Q2 ) cos2
θ
νN
2 E +E
2 θ
+ W3 (ν, Q )
sin }
2
M
2
Vergleich zur ep-Streuung:
d2 σ
dΩdE 0
=
4α2 E
Q4
02
{2W1 (ν, Q2 ) sin2 2θ + W2 (ν, Q2 ) cos2 2θ }
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.15/43
ν-Streuung: Grundlagen
•
Definiere wieder dimensionslose Strukturfkt.:
F1 = M W 1
F2 = νW2
F3 = νW3
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.16/43
ν-Streuung: Grundlagen
•
Definiere wieder dimensionslose Strukturfkt.:
F1 = M W 1
F2 = νW2
F3 = νW3
•
Lorentzinvarinater Wirkungsquerschnitt:
2
2 (ν,ν̄)
2
2
MW
dσ
GF M E
2
{xy
F1 +
=
2
2
dxdy
π
MW + Q
y
xF3 }
+ (1 − y)F2 ± y 1 −
2
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.16/43
ν-Streuung: Grundlagen
•
Für F1 , F2 findet man wieder:
P 2
F2 (x) = 2xF1 (x) = 2x f gf qf (x)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.17/43
ν-Streuung: Grundlagen
•
•
Für F1 , F2 findet man wieder:
P 2
F2 (x) = 2xF1 (x) = 2x f gf qf (x)
Schwache Ladung (ν cc-Streuung):
¯ s̄
gf2 = 1 für d, s, ū, c̄ und gf2 = 0 für u, c, d,
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.17/43
ν-Streuung: Grundlagen
•
•
Für F1 , F2 findet man wieder:
P 2
F2 (x) = 2xF1 (x) = 2x f gf qf (x)
Schwache Ladung (ν cc-Streuung):
¯ s̄
gf2 = 1 für d, s, ū, c̄ und gf2 = 0 für u, c, d,
Für F3 ergibt sich (Paritätsverletzung):
P 2
1 3
xF3 (x) = 2x f gf (−1) 2 − 2 bf qf (x), bf = + 13 (− 13 ) für q(q̄)
•
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.17/43
ν-Streuung: Grundlagen
•
•
Für F1 , F2 findet man wieder:
P 2
F2 (x) = 2xF1 (x) = 2x f gf qf (x)
Schwache Ladung (ν cc-Streuung):
¯ s̄
gf2 = 1 für d, s, ū, c̄ und gf2 = 0 für u, c, d,
Für F3 ergibt sich (Paritätsverletzung):
P 2
1 3
xF3 (x) = 2x f gf (−1) 2 − 2 bf qf (x), bf = + 13 (− 13 ) für q(q̄)
•
•
ν̄N
1
2
xF3N = xF3νN + xF3
= x(uV + dV )
¯
= x(u + d − ū − d)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.17/43
Neutrino - Nukleon Streuung
µ+
ν
W−
X
p
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.18/43
Neutrino Streuung
•
Woher bekommen wir Neutrinos?
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.19/43
Neutrino Streuung
•
Woher bekommen wir Neutrinos?
•
Welche Detektorsysteme kommen dabei zum
Einsatz?
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.19/43
Neutrino Streuung
•
Woher bekommen wir Neutrinos?
•
Welche Detektorsysteme kommen dabei zum
Einsatz?
•
Messergebnisse
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.19/43
Neutrino Strahlen
Neutrinos aus tertiär-Strahlen
ν-Produktions Reaktionen:
•
π + → µ+ + ν
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.20/43
Neutrino Strahlen
Neutrinos aus tertiär-Strahlen
ν-Produktions Reaktionen:
•
•
π + → µ+ + ν
π − → µ− + ν̄
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.20/43
Neutrino Strahlen
Neutrinos aus tertiär-Strahlen
ν-Produktions Reaktionen:
•
•
•
π + → µ+ + ν
π − → µ− + ν̄
k + → µ+ + ν
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.20/43
Neutrino Strahlen
Neutrinos aus tertiär-Strahlen
ν-Produktions Reaktionen:
•
•
•
•
π + → µ+ + ν
π − → µ− + ν̄
k + → µ+ + ν
k − → µ− + ν̄
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.20/43
Neutrino Strahlen
Neutrinos aus tertiär-Strahlen
ν-Produktions Reaktionen:
•
•
•
•
π + → µ+ + ν
π − → µ− + ν̄
k + → µ+ + ν
k − → µ− + ν̄
Pionen & Kaonen aus Produktions Target:
p + Be → π, k
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.20/43
>30m Decay−Tunnel
1
8
100m Absorber
π
Proton Beam
ν-Experimente
Production
Target
Experiment
Synchrotron
E
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.21/43
Magnetisches Horn
•
Problem: sekundär
Teilchen streuen im
Produktionstarget stark auf
•
dadurch geringe Ausbeute
•
Idee (Simon van der Meer
CERN 1961): Fokussierung
der sekundär Teilchen
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.22/43
Magnetisches Horn
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.22/43
Magnetisches Horn
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.22/43
Magnetisches Horn
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.22/43
Magnetisches Horn
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.22/43
Magnetisches Horn
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.23/43
ν-Spektrum
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.24/43
ν-Spektrum
•
Problem: Eν nicht bekannt
•
Kinematik muss allein aus
Endzustand rekonstruiert
werden!
•
auch
Vermessung
des
hadronischen Endzustands
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.24/43
Experimentelle Ansätze
Erfassung des hadronischen Endzustandes:
•
Blasenkammern
•
Kombination: Hadronen-Kalorimeter +
Myon-Spektrometer
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.25/43
CERN 1970: Gargamelle
•
6.3 m3 sensitives
Volumen
•
Freon-Füllung:
CF3 Br
•
Magnetfeld: 2T
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.26/43
Ein Neutrino Event
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.27/43
Ein Neutrino Event
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.27/43
Ein Neutrino Event
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.27/43
Blasenkammer Messungen
•
1 GeV < Eν < 11 GeV
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.28/43
Blasenkammer Messungen
•
1 GeV < Eν < 11 GeV
•
Eν = Eµ + Ehadr + Elost
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.28/43
Blasenkammer Messungen
•
1 GeV < Eν < 11 GeV
•
Eν = Eµ + Ehadr + Elost
•
versteckte Energie:
< Elost > ' 45(79) MeV
π 0 ,n →
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.28/43
Blasenkammer Messungen
•
1 GeV < Eν < 11 GeV
•
Eν = Eµ + Ehadr + Elost
•
versteckte Energie:
< Elost > ' 45(79) MeV
π 0 ,n →
•
Auflösung Energietransfer:
∆ν
ν = 15%
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.28/43
Blasenkammer Messungen
•
1 GeV < Eν < 11 GeV
•
Eν = Eµ + Ehadr + Elost
•
versteckte Energie:
< Elost > ' 45(79) MeV
π 0 ,n →
•
•
Auflösung Energietransfer:
∆ν
ν = 15%
Sample: 87730(166680) Bilder
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.28/43
Blasenkammer Messungen
•
1 GeV < Eν < 11 GeV
•
Eν = Eµ + Ehadr + Elost
•
versteckte Energie:
< Elost > ' 45(79) MeV
π 0 ,n →
•
Auflösung Energietransfer:
∆ν
ν = 15%
•
Sample: 87730(166680) Bilder
•
2656(1062) ν(ν̄) Events
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.28/43
νN
F2
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.29/43
νN
F2
Ergebnisse:
• Scaling bestätigt
• Quark Ladungen:
•
R
R
F2νN dx
=
18
5
R
F2eN dx
F2νN dx = 0.52 ± 0.03
→ Gluons!
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.29/43
νN
F3
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.30/43
Quark- Antiquark-Verteilungen
•
F2N
=
p
1
2 (F2
¯)
+ F2n ) = x(d
+
s
+
ū
+
u
+
s
+
d
| {z } | {z }
p
n
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.31/43
Quark- Antiquark-Verteilungen
•
F2N
=
p
1
2 (F2
¯)
+ F2n ) = x(d
+
s
+
ū
+
u
+
s
+
d
| {z } | {z }
p
•
n
F2N = x(u + ū + d + d¯ + s + s̄)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.31/43
Quark- Antiquark-Verteilungen
•
F2N
=
p
1
2 (F2
¯)
+ F2n ) = x(d
+
s
+
ū
+
u
+
s
+
d
| {z } | {z }
p
•
•
n
F2N = x(u + ū + d + d¯ + s + s̄)
Im Isoskalaren Target Messgrösse!
(Gargamelle: n/p = 1.19)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.31/43
Quark- Antiquark-Verteilungen
•
F2N
=
p
1
2 (F2
¯)
+ F2n ) = x(d
+
s
+
ū
+
u
+
s
+
d
| {z } | {z }
p
•
n
F2N = x(u + ū + d + d¯ + s + s̄)
•
Im Isoskalaren Target Messgrösse!
(Gargamelle: n/p = 1.19)
•
xF3N = 12 (xF3νN + xF3ν̄N )
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.31/43
Quark- Antiquark-Verteilungen
•
F2N
=
p
1
2 (F2
¯)
+ F2n ) = x(d
+
s
+
ū
+
u
+
s
+
d
| {z } | {z }
p
•
n
F2N = x(u + ū + d + d¯ + s + s̄)
•
Im Isoskalaren Target Messgrösse!
(Gargamelle: n/p = 1.19)
•
xF3N = 12 (xF3νN + xF3ν̄N )
•
¯
xF3N = x(u + d − ū − d)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.31/43
Quark- Antiquark-Verteilungen
•
F2N
=
p
1
2 (F2
¯)
+ F2n ) = x(d
+
s
+
ū
+
u
+
s
+
d
| {z } | {z }
p
•
n
F2N = x(u + ū + d + d¯ + s + s̄)
•
Im Isoskalaren Target Messgrösse!
(Gargamelle: n/p = 1.19)
•
xF3N = 12 (xF3νN + xF3ν̄N )
•
•
¯
xF3N = x(u + d − ū − d)
1
(F N − F N ) = x(ū + d¯ + s̄)
2
2
3
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.31/43
Quark- Antiquark-Verteilungen
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.32/43
CCFR: Präzisions ν-Experiment
•
1985, 1987 Fermilab
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.33/43
CCFR: Präzisions ν-Experiment
•
1985, 1987 Fermilab
•
Tevatron: 10 GeV < Eν < 600 GeV
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.33/43
CCFR: Präzisions ν-Experiment
•
1985, 1987 Fermilab
•
Tevatron: 10 GeV < Eν < 600 GeV
•
Target: 690t Stahl und Szintillator
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.33/43
CCFR: Präzisions ν-Experiment
•
1985, 1987 Fermilab
•
Tevatron: 10 GeV < Eν < 600 GeV
•
Target: 690t Stahl und Szintillator
• ∆E
E
= √ 0.85
E/GeV
=
ˆ 4.25% @ 200 GeV
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.33/43
CCFR: Präzisions ν-Experiment
•
1985, 1987 Fermilab
•
Tevatron: 10 GeV < Eν < 600 GeV
•
Target: 690t Stahl und Szintillator
• ∆E
E
•
= √ 0.85
E/GeV
=
ˆ 4.25% @ 200 GeV
Sample: 1.8 · 106 ν (3.6 · 105 ν̄) Events
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.33/43
CCFR: Antiquark-Verteilung
q̄(x, Q2 ) = 12 [F2 (x, Q2 ) − xF3 (x, Q2 )]
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.34/43
Impulsverteilungen im Nukleon
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.35/43
Nocheinmal Scaling
SLAC:
•
kleiner kinematischer Bereich
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.36/43
Nocheinmal Scaling
SLAC:
•
kleiner kinematischer Bereich
•
insb. zu wenig Daten bei kleinem X
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.36/43
Nocheinmal Scaling
SLAC:
•
kleiner kinematischer Bereich
•
insb. zu wenig Daten bei kleinem X
Probleme Mitte 80er Jahre:
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.36/43
Nocheinmal Scaling
SLAC:
•
kleiner kinematischer Bereich
•
insb. zu wenig Daten bei kleinem X
Probleme Mitte 80er Jahre:
•
grosse systematische Fehler
(Strahlungskorrekturen...)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.36/43
Nocheinmal Scaling
SLAC:
•
kleiner kinematischer Bereich
•
insb. zu wenig Daten bei kleinem X
Probleme Mitte 80er Jahre:
•
grosse systematische Fehler
(Strahlungskorrekturen...)
•
Widersprüchliche Ergebnisse
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.36/43
Nocheinmal Scaling
SLAC:
•
kleiner kinematischer Bereich
•
insb. zu wenig Daten bei kleinem X
Probleme Mitte 80er Jahre:
•
grosse systematische Fehler
(Strahlungskorrekturen...)
•
Widersprüchliche Ergebnisse
•
Neutron-Strukturfunktion nicht gut bekannt:
p
n
d
F2 = 2F2 − F2
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.36/43
Abdeckung des kinematischen Bereichs
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.37/43
Präzisions-Experiment
New Muon Colaboration NMC (CERN)
•
Myon Strahl am SPS (bis 280 GeV)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.38/43
Präzisions-Experiment
New Muon Colaboration NMC (CERN)
•
Myon Strahl am SPS (bis 280 GeV)
•
dediziertes Strahl-Spektrometer
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.38/43
Präzisions-Experiment
New Muon Colaboration NMC (CERN)
•
Myon Strahl am SPS (bis 280 GeV)
•
dediziertes Strahl-Spektrometer
•
Akkzeptanz bis θ ≥ 3 mrad
Hochaufls̈ende Proportionalkammern
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.38/43
Präzisions-Experiment
New Muon Colaboration NMC (CERN)
•
Myon Strahl am SPS (bis 280 GeV)
•
dediziertes Strahl-Spektrometer
•
Akkzeptanz bis θ ≥ 3 mrad
Hochaufls̈ende Proportionalkammern
•
komplimentäres Target-Setup
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.38/43
Präzisions-Experiment
New Muon Colaboration NMC (CERN)
•
Myon Strahl am SPS (bis 280 GeV)
•
dediziertes Strahl-Spektrometer
•
Akkzeptanz bis θ ≥ 3 mrad
Hochaufls̈ende Proportionalkammern
•
komplimentäres Target-Setup
•
Gleichzeitige Messung von
F2d
und
p
F2
!
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.38/43
NMC-Spektrometer
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.39/43
D
H2
H2
Beam
D
komplimentäres Target
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.40/43
NMC: Ergebnisse (Proton)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.41/43
NMC: Ergebnisse (Deuteron)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.42/43
NMC: Ergebnisse (Deuteron)
→ Skalenbrechung (Scaling Violations)
siehe Vorträge der nächsten drei Wochen
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.42/43
Zusammenfassung und Ausblick
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Quarks mit Spin 12 (ep-Streuung, SLAC)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.43/43
Zusammenfassung und Ausblick
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Quarks mit Spin 12 (ep-Streuung, SLAC)
•
Seequarks wurden identifiziert (ν-Streuung)
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.43/43
Zusammenfassung und Ausblick
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Quarks mit Spin 12 (ep-Streuung, SLAC)
•
Seequarks wurden identifiziert (ν-Streuung)
•
Gesamtimpuls aller Quarks zusammen
entspricht nur ca. 50 % des
Nukleonenimpulses → Gluonen
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.43/43
Zusammenfassung und Ausblick
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Quarks mit Spin 12 (ep-Streuung, SLAC)
•
Seequarks wurden identifiziert (ν-Streuung)
•
Gesamtimpuls aller Quarks zusammen
entspricht nur ca. 50 % des
Nukleonenimpulses → Gluonen
•
Skalenbrechung bei kleinen x (NMC)
→ WW zwischen den Quarks
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.43/43
Zusammenfassung und Ausblick
•
Nukleonen bestehen aus punktförmigen
Quarks mit Spin 12 (ep-Streuung, SLAC)
•
Seequarks wurden identifiziert (ν-Streuung)
•
Gesamtimpuls aller Quarks zusammen
entspricht nur ca. 50 % des
Nukleonenimpulses → Gluonen
•
•
Skalenbrechung bei kleinen x (NMC)
→ WW zwischen den Quarks
Bisher nur unpolarisierte Strukturfunktionen
→ Spin ab Dezember
E
1
8
Seminar zur Struktur des Nukleons, WS04/05 – p.43/43