Guttmann, Julia: Nucleon electromagnetic structure studies in the spacelike and timelike regions
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Person: Guttmann, Julia (Autor) 
  
Titel: Nucleon electromagnetic structure studies in the spacelike and timelike regions
  
Dokument:
3498.pdf (2.110 KB) PDF
Quelle: Mainz : Univ. 147 S.
Erscheinungsjahr:    2013
URN: urn:nbn:de:hebis:77-34983
  
Dokumentart:
Buch Buch
Weitere Angaben zur Dokumentart:    Dissertation
Sprache: Englisch
Open Access: OpenAccess
Einrichtung: Institut für Kernphysik
DDC-Sachgruppe:    Physik
ID: 3498  Universitätsbibliothek Mainz
Hinweis:
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Abstract: The thesis investigates the nucleon structure probed by the electromagnetic interaction. One of the most basic observables, reflecting the electromagnetic structure of the nucleon, are the form factors, which have been studied by means of elastic electron-proton scattering with ever increasing precision for several decades. In the timelike region, corresponding with the proton-antiproton annihilation into a electron-positron pair, the present experimental information is much less accurate. However, in the near future high-precision form factor measurements are planned. About 50 years after the first pioneering measurements of the electromagnetic form factors, polarization experiments stirred up the field since the results were found to be in striking contradiction to the findings of previous form factor investigations from unpolarized measurements. Triggered by the conflicting results, a whole new field studying the influence of two-photon exchange corrections to elastic electron-proton scattering emerged, which appeared as the most likely explanation of the discrepancy. The main part of this thesis deals with theoretical studies of two-photon exchange, which is investigated particularly with regard to form factor measurements in the spacelike as well as in the timelike region. An extraction of the two-photon amplitudes in the spacelike region through a combined analysis using the results of unpolarized cross section measurements and polarization experiments is presented. Furthermore, predictions of the two-photon exchange effects on the e+p/e-p cross section ratio are given for several new experiments, which are currently ongoing. The two-photon exchange corrections are also investigated in the timelike region in the process pbar{p} -> e+ e- by means of two factorization approaches. These corrections are found to be smaller than those obtained for the spacelike scattering process. The influence of the two-photon exchange corrections on cross section measurements as well as asymmetries, which allow a direct access of the two-photon exchange contribution, is discussed. Furthermore, one of the factorization approaches is applied for investigating the two-boson exchange effects in parity-violating electron-proton scattering. In the last part of the underlying work, the process pbar{p} -> pi0 e+e- is analyzed with the aim of determining the form factors in the so-called unphysical, timelike region below the two-nucleon production threshold. For this purpose, a phenomenological model is used, which provides a good description of the available data of the real photoproduction process pbar{p} -> pi0 gamma.
   
Weiteres Abstract: Die vorliegende Dissertation untersucht die Struktur des Nukleons mittels elektromagnetischer Wechselwirkung. Formfaktoren sind mit die elementarsten Observablen, welche die elektromagnetische Struktur des Nukleons widerspiegeln, und werden seit mehreren Jahrzehnten mit Hilfe elastischer Elektron-Proton-Streuung mit steigender Genauigkeit bestimmt. Der zeitartige Bereich, welcher der Proton-Antiproton-Vernichtung in ein Elektron-Positronpaar entspricht, ist bislang experimentell weniger gut erforscht. Allerdings sind in naher Zukunft Messungen der Formfaktoren mit hoher Präzision geplant. Ungefähr 50 Jahre nach den ersten bahnbrechenden Messungen der elektromagnetischen Formfaktoren sorgten Polarisationsexperimente für Aufsehen, deren Ergebnisse in großem Widerspruch zu den bisherigen Resultaten der Formfaktoruntersuchungen standen. Ausgelöst durch diese widersprüchlichen Ergebnisse entstand ein neues Arbeitsfeld, welches Zwei-Photon-Austauschkorrekturen zur elastischen Elektron-Proton-Streuung untersucht, die als wahrscheinlichste Erklärung der Diskrepanz gelten. Der Hauptteil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit theoretischen Studien des Zwei-Photon-Austausches, der insbesondere mit Hinblick auf Messungen der Formfaktoren sowohl im raumartigen als auch zeitartigen Bereich untersucht wird. Eine kombinierte Analyse der Daten aus unpolarisierten Wirkungsquerschnittsmessungen und Polarisationsexperimenten erlaubt eine Bestimmung der Zwei-Photon-Amplituden im raumartigen Bereich. Eine Vorhersage für den Einfluss des Zwei-Photon-Austausches auf das Verhältnis der e+p und e-p Wirkungsquerschnitte kann somit präsentiert werden, das momentan an verschiedenen Experimenten untersucht wird. Die Zwei-Photon-Austauschkorrekturen werden zudem im zeitartigen Bereich für den Prozess p\bar{p} -> e+ e- mittels zweier Faktorisierungsansätze untersucht. Die auf diese Weise erhaltenen Korrekturen sind kleiner als jene, die für den raumartigen Streuprozess ermittelt wurden. Der Einfluss dieser Zwei-Photon-Austauschkorrekturen auf Messungen des Wirkungsquerschnittes sowie Asymmetrien, welche einen direkten Zugang zu Beiträgen des Zwei-Photon-Austausches ermöglichen, wird diskutiert. Außerdem wird einer der Faktorisierungsansätze zur Untersuchung von Effekten des Zwei-Boson-Austausches in paritätsverletzender Elektron-Proton-Streuung angewandt. Im letzten Teil der vorliegenden Dissertation wird der Prozess p\bar{p}-> pi0 e+e- mit dem Ziel die elektromagnetischen Formfaktoren im sogenannten unphysikalischen, zeitartigen Bereich unterhalb der Produktionsschwelle eines Nukleonpaares zu bestimmen, analysiert. Hierfür wird ein phänomenologisches Modell verwendet, welches eine gute Beschreibung der vorhandenen Daten für den Prozess der reellen Photoproduktion p\bar{p} -> pi0 \gamma liefert.
   
  
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