Published July 20, 1990 | Version v1
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Search for positron-electron scattering resonances in the MeV range

Description

This thesis describes experiments for the precise measurement of the energy dependence of the positron-electron scattering cross section and the annihilation in flight of electrons and positrons in the range between 1 and 3 MeV incident energy. The first measurements were dedicated to the elastic e+e--scattering. With the reached precision resonances with lifetimes τres ≤ 1.5x10-13 s could be excluded. For the search for resonances with longer lifetimes a completely different measuring method was developed, which suppresses the elastic e+e--scattering by several orders of magnitude. By this the limit in the lifetime could be extended up to τres ≥ 3.5x10-12 s. The hitherto given limits for τres are only valid under the assumption that the resonances decay only again into e+ and e-. Therefore in the third experiment resonances were looked for in the cross section for the two-photon annihilation in flight of e+ and e-. If all the experiments are combined, the strict upper limit is obtained for the internal width of the leptonic decay channel of the hypothetical particle of Γ ≤ 5.7 meV in the whole energy range, whereby the probably essential decay channels are regarded. On the other hand by our measurements resonances cannot be excluded, in which both the e+e- decay and the decay into two γ quanta is possible, and the decay widths of which amount both to some few meV. The latter corresponds again to a lifetime of τres ≅ 10-13 s. (orig./HSI)

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Abstract (German)

Diese Arbeit beschreibt Experimente zur genauen Vermessung der Energieabhaengigkeit des Positron-Elektron-Streuquerschnitts und der Annihilation im Flug von Elektron und Positron im Bereich zwischen 1 und 3 MeV Einschussenergie. Die ersten Messungen galten der elastischen e+e--Streuung. Mit der erreichten Genauigkeit konnten Resonanzen mit Lebensdauern τres ≤ 1.5x10-13 s ausgeschlossen werden. Fuer die Suche nach Resonanzen mit laengeren Lebensdauern wurde eine voellig andersartige Messmethode entwickelt, die die elastische e+e--Streuung um mehrere Groessenordnungen unterdrueckt. Damit konnte die Grenze in der Lebensdauer bis zu τres ≥ 3,4x10-12 s hinausgeschoben werden. Die bisher genannten Grenzen fuer τres gelten unter der Annahme, dass die Resonanzen nur wieder in e+ und e- zerfallen. Deshalb wurde im dritten Experiment nach Resonanzen im Wirkungsquerschnitt fuer die Zwei-Photonen-Annihilation im Flug von e+ und e- gesucht. Kombiniert man alle drei Experimente, so ergibt sich die strenge obere Grenze fuer die interne Breite des leptonischen Zerfallskanals der hypothetischen Teilchen von Γ ≤ 5,7 meV im gesamten Energiebereich, wobei die wahrscheinlich wesentlichen Zerfallskanaele beruecksichtigt sind. Auf der anderen Seite kann man durch unsere Messungen Resonanzen nicht ausschliessen, bei denen sowohl der e+e--Zerfall als auch der Zerfall in zwei γ-Quanten moeglich ist und deren Zerfallsbreiten beide einige wenige meV betragen. Letzteres entspricht wiederum einer Lebensdauer von τres ≅ 10-13 s. (orig./HSI)

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Original title (German)
Suche nach Positron-Elektron-Streuresonanzen im MeV-Bereich

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191 p.