Ziel des HERMES-Experiments am DESY (Hamburg) ist die präzise Vermessung der Spin-struktur des Protons mittels tiefinelastischer Lepton-Nukleon-Streuung. Hierzu wird der in der HERMES- Wechselwirkungszone longitudinal polarisierte Positronen-Strahl des HERA-Beschleunigers mit einem Impuls von 27,5 GeV/c an einem ebenfalls longitudinal polarisierten Gastarget gestreut.
Eine erfolgreiche Beschreibung der Wechselwirkungsprozesse zwischen Quarks und Gluonen ist nach allgemeiner Auffassung der Schlüssel zum Verständnis der Grundlangen des Nukleonenspins. Die innere Struktur des Nukleons kann durch die Partonverteilungen der Quarks und der Gluonen, aus denen das Nukleon aufgebaut ist, dargestellt werden. Die spin-gemittelten PDFs (parton distribution functions) repräsentieren die Impulsverteilungen der Quarks und Antiquarks, der Quarkflavours q = (u, d, s). Die Helizitätsverteilungen ∆q(x) = q↑↑ (x) − q↑↓ (x) beschreiben den flavourabhängigen Beitrag der Konstituentenquarks zum Nukleonenspin.
Die Helizitätsverteilung des Strange-Quark-Sees ∆S (x), ist hierbei von besonderem Interesse, da ihre Eigenschaften zum Verständnis des für die Entstehung des Quark-Sees verantwortlichen Reaktionsmechanismus beitragen können. Ein Großteil unseres Verständnisses der Spinstruktur des Nukleons und insbesondere die Tatsache, dass nur ein unerwartet kleiner Anteil des Nukleonenspins von den Spins der Quarks herrührt, basiert auf inklusiven Analysen der Daten aus tief-inelastischen Streuexperimenten sowie des Hyperonenzerfalls unter der Annahme von SU(3)-Symmetrie zwischen den Strukturen des Baryon-Oktetts. In solchen Experimenten jedoch ist die Helizitätsverteilung der Strange-Quarks keiner direkten Messung zugänglich. Diese Messungen deuteten auf eine beträchtliche negative Polarisation des Strange-Quark-Sees hin. Dies wurde als Ursache für die ebenfalls in diesen Analysen beobachtete Verletzung der Ellis-Jaffe-Summenregel angesehen. Darüber hinaus lässt eine von Null verschiedene Polarisation der Strange-Quarks insoweit Rückschl üsse auf eine beträchtliche Polarisation der Gluonen zu, als Seequarks durch die Aufspaltung von Gluonen erzeugt werden. In der Tat wurden aufgrund der beobachteten negativen Strange-Quark-Polarisation Spekulationen bezüglich einer stark positiven Gluonenpolarisation angestellt.
Im Gegensatz zu den erwähnten inklusiven Analysen deuten aktuelle semi-inklusive Messungen von HERMES darauf hin, dass der Strange-Quark-See unpolarisiert ist. Eine Analyse, bei der Daten von Proton- und Deuteron-Targets komplett nach fünf Quarkflavours separiert wurden (die Analyse ist insensitiv auf ∆s_bar), ergab einen Wert von ∆s = 0.028 ± 0.033 ± 0.009. In einer unabhängigen Extraktion der Summe der Helizitätsverteilungen ∆s + ∆s_bar von Deuteron-Daten wurde ein Wert von ∆s + ∆s_bar = 0.129 ± 0.042 ± 0.129 gemessen. (Der große systematische Fehler dieser Messung ist auf die Unsicherheiten der Kaon-Fragmentations-Funktionen zurückzuführen.)
Gegenstand dieser Dissertation ist eine neuartige isoskalare Messung von ∆s + ∆s_bar, in der diese Probleme umgangen werden. Da Strange-Quarks keinen Isospin tragen, ist der Strange-Quark-See im Proton und Deuteron gleich. Da das Deuteron ein isoskalares Target ist, kann der Fragmentationsprozess in der tiefinelastischen Streuung beschrieben werden, ohne dass Annahmen bezüglich isospinabhängiger Fragmentation notwendig sind. Zur isoskalaren Extraktion wird lediglich die Spinasymmetrie der Ks-Mesonen, A1,dKs (x, Q2, z) sowie die inklusive Asymmetrie A1,d (x, Q2 ) benötigt. Eine akkurate Messung der gesamten nicht-strange-Polarisation ∆Q = ∆u + ∆u_bar+ ∆d + ∆d_bar ergibt sich direkt aus A1,d (x, Q2 ). Die für eine Extraktion der gesamten Strange-Quark und -Antiquark-Polarisation ∆S = ∆s+∆s_bar in führender Ordnung (leading order, LO) erforderlichen Fragmentationsfunktionen erhält man aus dem selben HERMES-Datensatz im benötigten kinematischen Bereich.
Ergebnis der hier beschriebenen Analyse ist, dass die Helizitäts-Dichteverteilungen für Strange-Quarks innerhalb des gemessenen Bereichs von 0.02 < x < 0.7 konsistent mit Null sind: ∆S = 0.010 ± 0.066 ± 0.004.
Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
