Analysis of the η→3 πo decay in the pp interaction - Ruhr
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Zusammenfassung Zusammenfassung Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik ist eine Theorie, die die fundamentalen Wechselwirkungen zwischen den elementaren Grundbausteinen der Materie beschreibt. Das Standardmodell umfasst die Theorien der elektroschwachen und der starken Wechsekwirkungen. Leptonen, Quarks und Austauschbosonen sind in die Eichgruppe SU (3) × SU (2) × U (1) eingebunden, die eine relativistische Quantenfeldtheorie ist. Die Quantenchromodynamik (QCD) ist die Theorie der starken Wechselwirkung, der fundamentalen Kraft, die die Wechselwirkung zwischen den in Hadronen vorhandenen Quarks und Gluonen beschreibt. Das Standardmodell versteht Austauschteilchen als Ursache für Kräfte: das Photon überträgt die elektromagnetische Kraft, W ± - and Z- Bosonen die schwache Wechselwirkung, und Gluonen sind die Austauschteilchen der starken Wechselwirkung. Bei hohen Energien, entsprechend kleinen Abstandsskalen, stellen Quarks und Gluonen die Freiheitsgrade der starken Wechselwirkung dar (asymptotische Freiheit). Dagegen sind Quarks bei mittleren Energien in Baryonen und Mesonen, den relevanten hadronischen Freiheitsgraden, eingesperrt (engl. confined). Mesonen wurden ursprünglich als Vermittler der starken Wechselwirkung, die Protonen und Neutronen zu Kernen verbindet, vorhergesagt. Im Standardmodell sind Mesonen zusammengesetzte Teilchen, die zu gleichen Teilen aus Quarks und Antiquarks bestehen. Alle bekannten Mesonen bestehen aus Quark-AntiquarkPaaren. Das η-Meson hat seit seiner Entdeckung in den frühen 60er Jahren einen wichtigen Platz in der niegerenergetischen QCD eingenommen. In den vergangenen Jahren wurde erheblicher Fortschritt im Verständnis der starken Wechsel- 1 2 Zusammenfassung wirkung zwischen den leichten Mesonen gemacht. Insbesondere effective Feldtheorien, wie die chirale Störungstheorie, erlauben modellunabhängige Vorhersagen für η-Zerfälle. Die η → 3π Zerfälle sind isospinverletzend und werden durch die unterschiedlichen Massen der leichten Quarks ermöglicht. Damit erlaubt der Zerfall η → 3π ◦ , die Quarkmassen, und damit freie fundamentale Parameter der Theorie der starken Wechselwirkung, experimentell zu untersuchen. In der niederenergetischen Region kann die Quantenchromodynamik mittels der Methoden der chiralen Störungstheorie und der chiralen Symmetrie, geltend in Annäherung an masselose Quarks, behandelt werden. Die QCD Langrangedichte wird als effektive Lagrangedichte formuliert und besteht aus zwei Teilen - ein flavorsymmetrieerhaltender Term und ein Quarkmassenterm, der für die Isospinverletzung verantwortlich ist. Die theoretischen und experimentellen Bestrebungen bezüglich der Untersuchung der η-Mesonenzerfälle bezeugen die Wichtigkeit der genauen Behandlung der π-π Endzustandswechselwirkungen. In bisherigen Ansätzen werden Endzustandswechselwirkungen bis zur Ordnung O(p6 ) in der effektiven Lagrangedichte berücksichtigt. Die Resultate geben die gemessenen Verzweigungsverhältnisse Γ(η → 3π ◦ )/Γ(η → π + π − π ◦ ) wieder, sagen aber erheblich andere Eigenschaften des Dalitz-Diagramms, als bisher experimentell gefunden, voraus. Dagegen produzieren Berechnungen, die Bethe-Salpeter-Gleichungen verwenden, sowohl Dalitz-Diagramme als auch Zerfallsraten in perfekter Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Um weitere theoretische Entwicklungen zu stimulieren und das Verständnis der isospinverletzenden Zerfälle zu vertiefen sind solide experimentelle Resultate notwendig. Diese Situation ist die Motivation, weitere experimentelle Daten aus unabhängigen Messungen zu gewinnen. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Messung des η → 3π ◦ Zerfalls in hadronischen Kollisionen unter Verwendung des 4π-Detektorsystems WASA, welches kürzlich am Cooler Synchrotron COSY des Forschungszentrums Jülich installiert wurde.
