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Vogt, Jens (2002): Die Messung der spinabhaengigen Strukturfunktion g_1 des Deuteriums mit dem SMC Experiment. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Die tiefinelastische Streuung von Leptonen an Nukleonen stellt eine gute Methode dar, die Struktur der Nukleonen zu erforschen. Erste Messungen der Strukturfunktionen des Protons wurden bereits in den 60er Jahren am Stanford Linear Accelecator Center (SLAC) vorgenommen. Es wurde hier ein 20 GeV Elektronstrahl benutzt. Diese Messungen zeigten, dass die Wirkungsquerschnitte einem Skalenverhalten genuegen, welches charakteristisch ist fuer eine Streuung an punktfoermigen Konstituenten. Dies war vom Quark-Parton-Modell (QPM) vorhergesagt worden. Die spinabhaengigen Strukturfunktionen des Protons wurden am SLAC in den 70er Jahren erstmals gemessen. Die Messungen wurden dann am CERN (Europaeisches Zentrum fuer Elementarteilchenphysik) durch die European Muon Collaboration (EMC) in den Jahren 1984 und 1985 mit einem Myonstrahl hoeherer Energie fortgesetzt. Der CERN Myonstrahl hatte eine Strahlenergie von 280 GeV und wurde aus dem Beschuss von Protonen aus dem Super-Proton-Synchrotron (SPS) auf ein Beryliumtarget und anschliessendem Zerfall der dabei entstehenden Pionen in ein Myon und ein Neutrino erzeugt. Die Myonen sind aufgrund der Paritaetsverletzung beim Pionzerfall natuerlich polarisiert. Anders als bei den SLAC-Experimenten mit Elektronenstrahlen kann allerdings die Polarisation nicht so leicht invertiert werden. Die EMC arbeitete deshalb mit zwei entgegengesetzt polarisierten Targethaelften. Die Nachfolger der EMC, die Spin-Muon-Collaboration (SMC), verwendet im wesentlichen denselben experimentellen Aufbau, der schon von der EMC und der New-Muon-Collaboration (NMC) genutzt worden war. Sie benutzte fuer die erste Datennahme im Jahre 1992 das von EMC konstruierte Target, welches im Jahre 1993 durch ein groesseres und verbessertes Target ersetzt wurde. Als Targetmaterial wurde Butanol und mit Deuterium versetztes Butanol verwendet. Dadurch konnte im Jahre 1992 die Strukturfunktion des Deuterium g_1d gemessen werden. Zusammen mit der Messung der spinabhaengigen Protonstrukturfunktion g_1p konnte dann die Neutronenstrukturfunktion g_1n bestimmt werden. Die Strahlenergie lag 1992 bei 100 GeV und in den darauffolgenden Jahren bei 190 GeV. Die aus diesen Messungen resultierenden ersten Momente Gamma_p, Gamma_d und Gamma_n sind im Quark-Parton-Modell mit dem Spinanteil der Quarks am Nukleonenspin verbunden. Die von der EMC gefundene Abweichung von der Ellis-Jaffe Summenregel, die eine theoretische Vorhersage ueber den Wert dieser ersten Momente unter bestimmten Annahmen macht, wurde bestaetigt. Die fundamentalere Bjorken Summenregel hingegen, die eine Aussage ueber die Differenz der ersten Momente von Proton und Neutron macht, konnte mit sehr grosser Genauigkeit bestaetigt werden. In dieser Arbeit wird der gesamte Deuterium Datensatz, der von der SMC aufgezeichnet wurde, verwendet. Es werden neue Methoden zur Berechnung der Asymmetrie und zu der aus den Schwankungen im Ansprechverhalten des Spektrometers resultierenden scheinbaren Asymmetrie vorgestellt. Aus der Analyse der Deuterium Daten der Jahre 1992, 1994 und 1995 wird das erste Moment der spinabhaengigen Strukturfunktion Gamma_d berechnet. Zusammen mit der Messung der Protonstrukturfunktion g1_p wird das erste Moment der Neutronstrukturfunktion Gamma_n ermittelt. Abschliesend werden diese Werte mit den theoretischen Vorhersagen von Bjorken und Ellis-Jaffe verglichen.