Englische Übersetzung des Titels: The Z^0 boson and the proton structure function xF_3 in deep inelastic ep scattering reactions

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Abstract

Messung und Interpretation des Wirkungsquerschnitts der tiefinelastischen Elektron-Proton-Streuung bei hohen quadrierten Impuls'ubertr'agen $Q^2$ sind Gegenstand dieser Arbeit. Sie beruht auf Daten, die in den Jahren 1998 und 1999 am Speicherring HERA vom Experiment H1 aufgezeichnet wurden. Neben den einfach-differentiellen Wirkungsquerschnitten $dsigma/dQ^2$ und $dsigma/dx$ (f'ur $Q^2 > 141$ GeV$^2$, $Q^2 > 10^3$ GeV$^2$ und $Q^2 > 10^4$ GeV$^2$) wird die Messung des doppelt-differentiellen reduzierten Wirkungsquerschnitts $(d^2sigma/dxdQ^2)_{red}$ f'ur Werte des Impuls'ubertrags $Q^2 in [141 ext{GeV}^2; 46.000 ext{GeV}^2]$ und der Bjorkenschen Variable $x in [1.6 cdot 10^{-3}; 1.0]$ vorgestellt. Der kinematische Me'sbereich wird hierbei gegen'uber bisherigen Messungen auf Werte von $y$ gr'o'ser als 0.05 eingeschr'ankt und zu Werten f'ur $y$ bis zu 0.95 erweitert. Die Ergebnisse werden mit den Erwartungen des Standardmodells verglichen, wobei gute 'Ubereinstimmung im Rahmen der experimentellen Unsicherheiten festgestellt werden kann. Die Me'sergebnisse sowie bereits ver'offentlichte Messungen des reduzierten doppelt-differentiellen Wirkungsquerschnitts aus Positron-Proton-Streureaktionen werden in Hinblick auf die Effekte der schwachen Wechselwirkung und der Protonstruktur untersucht. Aus einer $chi^2$-Anpassung kann die Propagatormasse des $Z^0$-Bosons zu $99^{+23 +7.5 +8.9 }_{-16 -29.7 -8.9}$ GeV und der schwache Mischungswinkel zu $sin^2 heta_W = 0.25^{+0.03 +0.026 +0.044}_{-0.025 -0.018 -0.044}$ bestimmt werden. Der Vergleich von Elektron- und Positron-Daten gestattet die Messung der Protonstrukturfunktion $xF_3(x,Q^2)$ in tiefinelastischer $ep$-Streuung f'ur verschiedene Werte von $x$ bei Werten des Impuls'ubertrags $Q^2$ von einigen tausend GeV$^2$.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

Measurement and interpretation of the cross section of deep inelastic electron-proton scattering reactions at high values of the squared momentum transfer $Q^2$ are subject of this thesis. It is based on data collected in the years 1998 and 1999 by the experiment H1 at the storage ring HERA. Beside the single-differential cross sections $(dsigma/dQ^2)$ and $(dsigma/dx)$ (for $Q^2 > 141$ GeV$^2$, $Q^2 > 10^3$ GeV$^2$, and $Q^2 > 10^4$ GeV$^2$ respectively), the double-differential reduced cross section $(d^2sigma/dxdQ^2)_{red}$ is presented for values of $Q^2 in (141 ext{GeV}^2; 46.000 ext{GeV}^2)$ and values for the Bjorken variable $x in [1.6 cdot 10^{-3}; 1.0]$. Compared to previous analyses, the kinematic range is limited to values of $y$ greater than 0.05 and extended to values of $y$ up to 0.95. The results of the measurement are confronted with the expectation of the standard model and found to be in good agreement within the experimental uncertainties. The results of this measurement and published cross section data for the double-differential reduced cross section of deep-inelastic positron-proton scattering reactions are combined to study the effects of the weak interaction and the proton structure. Applying a $chi^2$ fit, the propagator mass of the $Z^0$ boson can be determined to be $99^{+23 +7.5 +8.9}_{-16 -29.7 -8.9}$ GeV, and the weak mixing angle to be $sin^2 heta_W = 0.25^{+0.03 +0.026 +0.044}_{-0.025 -0.018 -0.044}$. The combination of electron and positron data further allows for the measurement of the proton structure function $xF_3$ in deep inelastic $ep$-scattering for different values of $x$ at values of several thousand GeV$^2$ for $Q^2$.