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Nuclear Processes in Intense Light-Matter Interaction

Dadi, Anis

German Title: Kernprozesse durch starke Laser-Materie Wechselwirkung

PDF, English
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The emission of a proton from a halo-nucleus by absorption of a gamma-photon in the presence of a strong laser beam is studied. It is shown that the maximum value of the total cross section, when plotted as a function of the gamma-photon energy, is considerably larger than those obtained from experimental data of photoproton cross sections in stable nuclei. Furthermore, the angular distribution and the energy spectrum of the emitted proton exhibit a strong dependence on field geometries, polarizations and strengths. The second project deals with the photoproduction of pion pairs via multiphoton absorption from an intense x-ray laser wave colliding with an ultrarelativistic proton. By setting the pion-proton coupling constant to g_sigma approx. 7.8, we reproduce the photoproduction cross section for the process gamma + p -> p + pi+ + pi- at 440 MeV as measured with the DAPHNE detector at MAMI. With this choice, we find reasonable agreement with the experimental data in the energy range from threshold up to approx. 480 MeV. The results was compared with other works on multiphoton mu+ mu- production. Although the muon mass is substantially smaller than the pion mass, pi+pi- production is found to be dominant in the frequency range between approximately 150 and 210 MeV.

Translation of abstract (German)

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich in ihrer ersten Zielstellung mit der quantenmechanischen Berechnung der Protonenemission bei der Wechselwirkung eines kombinierten Feldes aus einem Laserstrahl und einem gamma-Strahl mit einem Halo-Kern. Der totale Wirkungsquerschnitt ist wesentlich größer als der bekannte Wert für den Kernphotoeffekt, bei dem ein sehr energiereiches gamma-Quant von einem stabilen Kern absorbiert wird. Desweiterens zeigen die Winkelverteilung und das Energiespektrum des emittierten Protons eine starke Abhängigkeit von der Polarisation und der Intensität des Laserfeldes sowie auch von der Orientierung seines elektrischen Vektorfeldes gegenüber dem Vektorfeld des gamma-Strahls. Die zweite Zielsetzung der Dissertation ist die Untersuchung der Paarerzeugung von Pionen beim Stoß eines hochenergetischen Laserfeldes mit einem ultrarelativistischen Protonenstrahl. Die phänomenologische Pion-Proton Kopplungstärke wurde bei g_sigma = 7.8 festgelegt, so dass unsere Ergebnisse für den Prozess gamma + p -> p + pi+ + pi- mit den von DAPHNE gemessenen Wirkungsquerschnitten als Funktion der Energie des gamma-Photons von der Energieschwelle bis ca. 480 MeV gut übereinstimmen. Die Ergebnisse wurden mit anderen Arbeiten über die Myonen-Paarerzeugung durch Multiphoton-Absorption verglichen. Obwohl die Myonmasse wesentlich kleiner als die Pionmasse ist, ist die Produktionsrate von pi+pi- Paaren durch 2-Photon-Absorption dominant im Frequenzbereich zwischen ca. 150 und 210 MeV.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Müller, Prof. Dr. Carsten
Date of thesis defense: 2 May 2012
Date Deposited: 16 May 2012 09:02
Date: 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Kernphysik, Meson-Nukleon-Wechselwirkung, Nukleon, Photon-Nukleon-Wechselwirkung, Pion-Nukleon-Wechselwirkung, Halo-Kern, Freie-Elektronen-Laser
Uncontrolled Keywords: Sigma-Meson , Volkov-Zustand , BorOne-Proton-halo , Photonuclear Effect , Pion Pair Production
Additional Information: Teile in: Anis Dadi and Carsten Müller, Phys. Lett. B 697, 142 (2011).
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