Datenanalyse in der Hardonenphysik

Experimente in der Hadronenphysik nutzen Beschleuniger, um mit deren Hilfe Teilchenstrahlen aufeinander oder auf ein unbewegtes Target zu richten. Dabei entstehen Teilchen (Resonanzen) mit mittleren Lebensdauern kürzer als eine Femtosekunde, so dass sie zerfallen bevor sie den Detektor erreichen. Komplexe Detektoren nutzen verschiedenste physikalische Phänomene um die Spur, Energie und Teilchensorte aller entstandenen Zerfallsprodukte zu messen und letztlich deren Viererimpulse zu bestimmen, die alle physikalisch relevanten Informationen enthalten. Beim PANDA-Experiment wird ein fokussierter Antiprotonenstrahl mit sehr präzisem Impuls auf ein ruhendes Protonentarget gerichtet. Durch den Annihilationsprozess werden verschiedenste Resonanzen gebildet. Dies ermöglicht insbesondere die direkte Messung der Energieabhängigkeit des Produktionswirkungsquerschnitts solcher Resonanzen durch kleine Änderungen des Strahlimpulses (Resonanz-Scan). Mit Hilfe eines bereit gestellten IPython-Notebooks wird anhand von simulierten Daten die Resonanz ψ₂(3823) in ihrem sukzessiven radiativen Zerfall in ein χ_c1- und anschließend J/ψ-Meson, welches in ein Elektron-Positron-Paar zerfällt untersucht. Zunächst werden dazu aus den Datensätzen zu den verschiedenen Strahlimpulsen die entsprechenden Ereignisse durch geeignet gewählte Auswahlkriterien selektiert und durch einen Fit der ψ₂(3823)-Anteil in diesen Ereignissen bestimmt. Diese Ereigniszahl wird für die verschiedenen Datensätze extrahiert und daraus die Breite der Resonanz bestimmt. Anschließend soll das IPython-Notebook angepasst werden, so dass sich die Methode für einen ähnlichen Zerfallsprozess, bei dem das J/ψ-Meson in π⁺, π^- und π⁰ zerfällt, anwenden lässt.

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