Thesis

Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Analyse des Zerfalls J/ψ → ωπ⁺π⁻ präsentiert. Die Daten wurden dabei im Rahmen des BESIII-Experiments aufgenommen. Im Rahmen dieser Analyse wird eine Datenselektion samt ereignisbasierter Untergrundunterdrückung sowie eine Partialwellenanalyse zur Identifizierung der beitragenden Subzerfälle durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Messung der Verzweigungsverhältnisse der Hauptbeiträge. Als signifikant beitragend mit einem Anteil von jeweils über 20% am Gesamtzerfall sind die Subzerfälle f­­­­­2(1270) → π⁺π⁻ und b1(1235)± → ωπ± identifiziert worden.

Im zweiten Teil werden die Entwicklungen der Front- und Seitenkühlung sowie der thermischen Isolierung der Vorwärtsendkappe des elektromagnetischen Kalorimeters des PANDA-Experiments vorgestellt, um die geforderte Betriebstemperatur von -25°C zu erreichen und einen geringen zeitlichen sowie räumlichen Temperaturgradienten innerhalb des Detektors zu gewährleisten.

One of the main topics of interest in physics is the composition and structure of matter. Especially for hadrons, which are bound states of quarks and gluons such as the proton and neutron, the description is incomplete. Quantumchromodynamics (QCD), the theory of the strong interaction, is in accordance with most of the results from measurements. However QCD as well as derived effective theories or lattice-QCD calculations are unable to fully explain the rich hadron spectrum. The isoscalar part of the hadron spectrum is particularly interesting, because states with a large gluon content are expected in this sector. In order to validate or invalidate theories, the precise measurement of the states is crucial. The mass and width of states can be measured by energy scans. With the method of partial wave analysis one is able to extract additional information such as the spin and parity of the states. In this respect, the BESIII experiment at IHEP in Beijing and the future PANDA experiment at FAIR in Darmstadt, will contribute with valuable information.

A key parameter for such experiments is the luminosity, which is needed for energy scans and the measurement of absolute cross sections. In this thesis the implementation of the versatile LuminosityFit software package is presented. It is responsible for the determination of the luminosity from the reconstructed tracks of the PANDA luminosity detector with high stability and an accuracy of below 0.5 %. Essential for the small systematic uncertainty is the correction of influences from the accelerator beam and the target. In consequence a high accuracy for line shape measurements of resonances is ensured with the highly accurate luminosity determination.

Furthermore this thesis aims towards the extraction of the isoscalar mesons in the reaction J/ψ → π⁰π⁰γ. The presence of many wide and interfering states makes a correct theoretical description difficult. To address this matter the implementation of the helicity formalism for the general partial wave analysis framework ComPWA is presented in this thesis. The goal of ComPWA is to establish the comparability of various theoretical models and formulations. The study of the isoscalar mesons can benefit from the direct comparison of different theories. This implementation of the helicity formalism takes the novel approach by using an expert system. An exhaustive validation of the implementation is performed on the basis of the J/ψ → π⁰π⁰γ reaction. With the availability of the helicity formalism in ComPWA, partial wave analysis can be performed with this first general model, that serves as a reference for comparisons with other implementations.

Die vorliegende Dissertation besteht aus zwei Teilen: Im ersten Teil wird eine Analyse der Kanäle χc₂ → π⁺π⁻/K⁺K⁻ in radiativen ψ(2S) –Zerfällen präsentiert. Die Daten wurden dabei im Rahmen des BESIII-Experimentes aufgenommen. Es wurden die Multipolamplituden des radiativen Zerfalls und die Verzweigungsverhältnisse der χc₂ – Zerfälle bestimmt. Die Ergebnisse deuten auf ein verschwindendes anomales magnetisches Moment des Charm-Quarks sowie auf eine nicht-vorhandenen S-D-Mischung der ψ(2S)-Resonanz hin. Im zweiten Teil wird die Entwicklung eines Monitorierungssystems auf Basis eines Lichtpulsers zur Überwachung der Kristalle und der Ausleseelektronik für das elektromagnetische Kalorimeter des P¯ANDA- Experimentes vorgestellt. Neben Schaltplänen der Elektronik wird die mechanische Integration des Systems in der Vorwärtsendkappe des elektromagnetischen Kalorimeters präsentiert.

Die vorliegende Dissertation besteht aus zwei Teilen: Im ersten Teil werden Entwicklungen für das Detektorsteuersystem des elektromagnetischen Kalorimeters des PANDA-Detektors beschrieben. Hierfür wurden unter anderem eine Alarm- und Stromgrenzenregelung entwickelt, die den korrekten Detektorbetrieb sicherstellt und Beschädigungen vermeidet. Zudem wurde ein Datenbanksystem (Endkappen-Produktionsdatenbank) entwickelt, um den Aufbau der Vorwärtsendkappe des Kalorimeters zu begleiten und die Kennlinien der verbauten Photodetektoren zu speichern. Der zweite Teil beschreibt die Untersuchung angeregter η-Mesonen mit den Messdaten des CB/ELSA-Experimentes. Hier wird die η'-Produktionswinkelverteilung im Kanal η' → ηπ⁰π⁰ im Strahl-Energiebereich von 2500 bis 2950 MeV erstmalig bestimmt. Zudem wird der relative Wirkungsquerschnitt des η(1405) im Vergleich zum η' bestimmt zu 0,16 ± 0,05. Dies erreicht eine Signifikanz von 3,2σ und weist auf eine komplexere Natur des η(1405) hin.