Feasibility studies of time-like proton electromagnetic form factors at P ¯ ANDA at FAIR

The PANDA Collaboration, Null; Singh, B.; Erni, W.; Krusche, B.; Steinacher, M.; Walford, N.; Liu, B.; Liu, H.; Liu, Z.; Shen, X.; Wang, C.; Zhao, J.; Albrecht, M.; Erlen, T.; Fink, M.; Heinsius, F.; Held, T.; Holtmann, T.; Jasper, S.; Keshk, I.; Koch, H.; Kopf, B.; Kuhlmann, M.; Kümmel, M.; Leiber, S.; Mikirtychyants, M.; Musiol, P.; Mustafa, A.; Pelizäus, M.; Pychy, J.; Richter, M.; Schnier, C.; Schröder, T.; Sowa, C.; Steinke, M.; Triffterer, T.; Wiedner, U.; Ball, M.; Beck, R.; Hammann, C.; Ketzer, B.; Kube, M.; Mahlberg, P.; Rossbach, M.; Schmidt, C.; Schmitz, R.; Thoma, U.; Urban, M.; Walther, D.; Wendel, C.; Wilson, A.; Bianconi, A.; Bragadireanu, M.; Caprini, M.; Pantea, D.; Patel, B.; Czyzycki, W.; Domagala, M.; Filo, G.; Jaworowski, J.; Krawczyk, M.; Lisowski, F.; Lisowski, E.; Michałek, M.; Poznański, P.; Płażek, J.; Korcyl, K.; Kozela, A.; Kulessa, P.; Lebiedowicz, P.; Pysz, K.; Schäfer, W.; Szczurek, A.; Fiutowski, T.; Idzik, M.; Mindur, B.; Przyborowski, D.; Swientek, K.; Biernat, J.; Kamys, B.; Kistryn, S.; Korcyl, G.; Krzemien, W.; Magiera, A.; Moskal, P.; Pyszniak, A.; Rudy, Z.; Salabura, P.; Smyrski, J.; Strzempek, P.; Wronska, A.; Augustin, I.; Böhm, R.; Lehmann, I.; Nicmorus Marinescu, D.; Schmitt, L.; Varentsov, V.; Al Turany, M.; Belias, A.; Deppe, H.; Dzhygadlo, R.; Ehret, A.; Flemming, H.; Gerhardt, A.; Götzen, K.; Gromliuk, A.; Gruber, L.; Karabowicz, R.; Kliemt, R.; Krebs, M.; Kurilla, U.; Lehmann, D.; Löchner, S.; Lühning, J.; Lynen, U.; Orth, H.; Patsyuk, M.; Peters, K.; Saito, T.; Schepers, G.; Schmidt, C. J.; Schwarz, C.; Schwiening, J.; Täschner, A.; Traxler, M.; Ugur, C.; Voss, B.; Wieczorek, P.; Wilms, A.; Zühlsdorf, M.; Abazov, V.; Alexeev, G.; Arefiev, V. A.; Astakhov, V.; Barabanov, M. Y. u.; Batyunya, B. V.; Davydov, Y.; Dodokhov, V. K. h.; Efremov, A.; Fechtchenko, A.; Fedunov, A. G.; Galoyan, A.; Grigoryan, S.; Koshurnikov, E. K.; Lobanov, Y. Y. u.; Lobanov, V. I.; Makarov, A. F.; Malinina, L. V.; Malyshev, V.; Olshevskiy, A. G.; Perevalova, E.; Piskun, A. A.; Pocheptsov, T.; Pontecorvo, G.; Rodionov, V.; Rogov, Y.; Salmin, R.; Samartsev, A.; Sapozhnikov, M. G.; Shabratova, G.; Skachkov, N. B.; Skachkova, A. N.; Strokovsky, E. A.; Suleimanov, M.; Teshev, R.; Tokmenin, V.; Uzhinsky, V.; Vodopianov, A.; Zaporozhets, S. A.; Zhuravlev, N. I.; Zorin, A. G.; Branford, D.; Glazier, D.; Watts, D.; Böhm, M.; Britting, A.; Eyrich, W.; Lehmann, A.; Pfaffinger, M.; Uhlig, F.; Dobbs, S.; Seth, K.; Tomaradze, A.; Xiao, T.; Bettoni, D.; Carassiti, V.; Cotta Ramusino, A.; Dalpiaz, P.; Drago, A.; Fioravanti, E.; Garzia, I.; Savrie, M.; Akishina, V.; Kisel, I.; Kozlov, G.; Pugach, M.; Zyzak, M.; Gianotti, P.; Guaraldo, C.; Lucherini, V.; Bersani, A.; Bracco, Gianangelo; Macri, M.; Parodi, R. F.; Biguenko, K.; Brinkmann, K.; Di Pietro, V.; Diehl, S.; Dormenev, V.; Drexler, P.; Düren, M.; Etzelmüller, E.; Galuska, M.; Gutz, E.; Hahn, C.; Hayrapetyan, A.; Kesselkaul, M.; Kühn, W.; Kuske, T.; Lange, J. S.; Liang, Y.; Metag, V.; Nanova, M.; Nazarenko, S.; Novotny, R.; Quagli, T.; Reiter, S.; Rieke, J.; Rosenbaum, C.; Schmidt, M.; Schnell, R.; Stenzel, H.; Thöring, U.; Ullrich, M.; Wagner, M. N.; Wasem, T.; Wohlfahrt, B.; Zaunick, H.; Ireland, D.; Rosner, G.; Seitz, B.; Deepak, P. N.; Kulkarni, A.; Apostolou, A.; Babai, M.; Kavatsyuk, M.; Lemmens, P. J.; Lindemulder, M.; Loehner, H.; Messchendorp, J.; Schakel, P.; Smit, H.; Tiemens, M.; van der Weele, J. C.; Veenstra, R.; Vejdani, S.; Dutta, K.; Kalita, K.; Kumar, A.; Roy, A.; Sohlbach, H.; Bai, M.; Bianchi, L.; Büscher, M.; Cao, L.; Cebulla, A.; Dosdall, R.; Gillitzer, A.; Goldenbaum, F.; Grunwald, D.; Herten, A.; Hu, Q.; Kemmerling, G.; Kleines, H.; Lehrach, A.; Nellen, R.; Ohm, H.; Orfanitski, S.; Prasuhn, D.; Prencipe, E.; Pütz, J.; Ritman, J.; Schadmand, S.; Sefzick, T.; Serdyuk, V.; Sterzenbach, G.; Stockmanns, T.; Wintz, P.; Wüstner, P.; Xu, H.; Zambanini, A.; Li, S.; Li, Z.; Sun, Z.; Xu, H.; Rigato, V.; Isaksson, L.; Achenbach, P.; Corell, O.; Denig, A.; Distler, M.; Hoek, M.; Karavdina, A.; Lauth, W.; Liu, Z.; Merkel, H.; Müller, U.; Pochodzalla, J.; Sanchez, S.; Schlimme, S.; Sfienti, C.; Thiel, M.; Ahmadi, H.; Ahmed, S.; Bleser, S.; Capozza, L.; Cardinali, M.; Dbeyssi, A.; Deiseroth, M.; Feldbauer, F.; Fritsch, M.; Fröhlich, B.; Jasinski, P.; Kang, D.; Khaneft, D; Klasen, R.; Leithoff, H. H.; Lin, D.; Maas, F.; Maldaner, S.; Martínez, M.; Michel, M.; Mora Espí, M. C.; Morales Morales, C.; Motzko, C.; Nerling, F.; Noll, O.; Pflüger, S.; Pitka, A.; Rodríguez Piñeiro, D.; Sanchez Lorente, A.; Steinen, M.; Valente, R.; Weber, T.; Zambrana, M.; Zimmermann, I.; Fedorov, A.; Korjik, M.; Missevitch, O.; Boukharov, A.; Malyshev, O.; Marishev, I.; Balanutsa, V.; Balanutsa, P.; Chernetsky, V.; Demekhin, A.; Dolgolenko, A.; Fedorets, P.; Gerasimov, A.; Goryachev, V.; Chandratre, V.; Datar, V.; Dutta, D.; Jha, V.; Kumawat, H.; Mohanty, A. K.; Parmar, A.; Roy, B.; Sonika, G.; Fritzsch, C.; Grieser, S.; Hergemöller, A.; Hetz, B.; Hüsken, N.; Khoukaz, A.; Wessels, J. P.; Khosonthongkee, K.; Kobdaj, C.; Limphirat, A.; Srisawad, P.; Yan, Y.; Barnyakov, M.; Barnyakov, A. Y. u.; Beloborodov, K.; Blinov, A. E.; Blinov, V. E.; Bobrovnikov, V. S.; Kononov, S.; Kravchenko, E. A.; Kuyanov, I. A.; Martin, K.; Onuchin, A. P.; Serednyakov, S.; Sokolov, A.; Tikhonov, Y.; Atomssa, E.; Kunne, R.; Marchand, D.; Ramstein, B.; van de Wiele, J.; Wang, Y.; Boca, G.; Costanza, S.; Genova, P.; Montagna, P.; Rotondi, A.; Abramov, V.; Belikov, N.; Bukreeva, S.; Davidenko, A.; Derevschikov, A.; Goncharenko, Y.; Grishin, V.; Kachanov, V.; Kormilitsin, V.; Levin, A.; Melnik, Y.; Minaev, N.; Mochalov, V.; Morozov, D.; Nogach, L.; Poslavskiy, S.; Ryazantsev, A.; Ryzhikov, S.; Semenov, P.; Shein, I.; Uzunian, A.; Vasiliev, A.; Yakutin, A.; Tomasi Gustafsson, E.; Roy, U.; Yabsley, B.; Belostotski, S.; Gavrilov, G.; Izotov, A.; Manaenkov, S.; Miklukho, O.; Veretennikov, D.; Zhdanov, A.; Makonyi, K.; Preston, M.; Tegner, P.; Wölbing, D.; Bäck, T.; Cederwall, B.; Rai, A. K.; Godre, S.; Calvo, D.; Coli, S.; De Remigis, P.; Filippi, A.; Giraudo, G.; Lusso, S.; Mazza, G.; Mignone, M.; Rivetti, A.; Wheadon, R.; Balestra, F.; Iazzi, F.; Introzzi, R.; Lavagno, A.; Olave, J.; Amoroso, A.; Bussa, M. P.; Busso, L.; De Mori, F.; Destefanis, M.; Fava, L.; Ferrero, L.; Greco, M.; Hu, J.; Lavezzi, L.; Maggiora, M.; Maniscalco, G.; Marcello, S.; Sosio, S.; Spataro, S.; Birsa, R.; Bradamante, F.; Bressan, A.; Martin, A.; Calen, H.; Ikegami Andersson, W.; Johansson, T.; Kupsc, A.; Marciniewski, P.; Papenbrock, M.; Pettersson, J.; Schönning, K.; Wolke, M.; Galnander, B.; Diaz, J.; Pothodi Chackara, V.; Chlopik, A.; Kesik, G.; Melnychuk, D.; Slowinski, B.; Trzcinski, A.; Wojciechowski, M.; Wronka, S.; Zwieglinski, B.; Bühler, P.; Marton, J.; Steinschaden, D.; Suzuki, K.; Widmann, E.; Zmeskal, J.

doi:10.1140/epja/i2016-16325-5

Simulation results for future measurements of electromagnetic proton form factors at P ¯ ANDA (FAIR) within the PandaRoot software framework are reported. The statistical precision with which the proton form factors can be determined is estimated. The signal channel p¯ p→ e+e- is studied on the basis of two different but consistent procedures. The suppression of the main background channel, i.e.p¯ p→ π+π-, is studied. Furthermore, the background versus signal efficiency, statistical and systematical uncertainties on the extracted proton form factors are evaluated using two different procedures. The results are consistent with those of a previous simulation study using an older, simplified framework. However, a slightly better precision is achieved in the PandaRoot study in a large range of momentum transfer, assuming the nominal beam conditions and detector performance.

Feasibility studies of time-like proton electromagnetic form factors at P ¯ ANDA at FAIR

The PANDA Collaboration, Null;Singh, B.;Erni, W.;Krusche, B.;Steinacher, M.;Walford, N.;Liu, B.;Liu, H.;Liu, Z.;Shen, X.;Wang, C.;Zhao, J.;Albrecht, M.;Erlen, T.;Fink, M.;Heinsius, F.;Held, T.;Holtmann, T.;Jasper, S.;Keshk, I.;Koch, H.;Kopf, B.;Kuhlmann, M.;Kümmel, M.;Leiber, S.;Mikirtychyants, M.;Musiol, P.;Mustafa, A.;Pelizäus, M.;Pychy, J.;Richter, M.;Schnier, C.;Schröder, T.;Sowa, C.;Steinke, M.;Triffterer, T.;Wiedner, U.;Ball, M.;Beck, R.;Hammann, C.;Ketzer, B.;Kube, M.;Mahlberg, P.;Rossbach, M.;Schmidt, C.;Schmitz, R.;Thoma, U.;Urban, M.;Walther, D.;Wendel, C.;Wilson, A.;Bianconi, A.;Bragadireanu, M.;Caprini, M.;Pantea, D.;Patel, B.;Czyzycki, W.;Domagala, M.;Filo, G.;Jaworowski, J.;Krawczyk, M.;Lisowski, F.;Lisowski, E.;Michałek, M.;Poznański, P.;Płażek, J.;Korcyl, K.;Kozela, A.;Kulessa, P.;Lebiedowicz, P.;Pysz, K.;Schäfer, W.;Szczurek, A.;Fiutowski, T.;Idzik, M.;Mindur, B.;Przyborowski, D.;Swientek, K.;Biernat, J.;Kamys, B.;Kistryn, S.;Korcyl, G.;Krzemien, W.;Magiera, A.;Moskal, P.;Pyszniak, A.;Rudy, Z.;Salabura, P.;Smyrski, J.;Strzempek, P.;Wronska, A.;Augustin, I.;Böhm, R.;Lehmann, I.;Nicmorus Marinescu, D.;Schmitt, L.;Varentsov, V.;Al Turany, M.;Belias, A.;Deppe, H.;Dzhygadlo, R.;Ehret, A.;Flemming, H.;Gerhardt, A.;Götzen, K.;Gromliuk, A.;Gruber, L.;Karabowicz, R.;Kliemt, R.;Krebs, M.;Kurilla, U.;Lehmann, D.;Löchner, S.;Lühning, J.;Lynen, U.;Orth, H.;Patsyuk, M.;Peters, K.;Saito, T.;Schepers, G.;Schmidt, C. J.;Schwarz, C.;Schwiening, J.;Täschner, A.;Traxler, M.;Ugur, C.;Voss, B.;Wieczorek, P.;Wilms, A.;Zühlsdorf, M.;Abazov, V.;Alexeev, G.;Arefiev, V. A.;Astakhov, V.;Barabanov, M. Y.u.;Batyunya, B. V.;Davydov, Y.;Dodokhov, V. K.h.;Efremov, A.;Fechtchenko, A.;Fedunov, A. G.;Galoyan, A.;Grigoryan, S.;Koshurnikov, E. K.;Lobanov, Y. Y.u.;Lobanov, V. I.;Makarov, A. F.;Malinina, L. V.;Malyshev, V.;Olshevskiy, A. G.;Perevalova, E.;Piskun, A. A.;Pocheptsov, T.;Pontecorvo, G.;Rodionov, V.;Rogov, Y.;Salmin, R.;Samartsev, A.;Sapozhnikov, M. G.;Shabratova, G.;Skachkov, N. B.;Skachkova, A. N.;Strokovsky, E. A.;Suleimanov, M.;Teshev, R.;Tokmenin, V.;Uzhinsky, V.;Vodopianov, A.;Zaporozhets, S. A.;Zhuravlev, N. I.;Zorin, A. G.;Branford, D.;Glazier, D.;Watts, D.;Böhm, M.;Britting, A.;Eyrich, W.;Lehmann, A.;Pfaffinger, M.;Uhlig, F.;Dobbs, S.;Seth, K.;Tomaradze, A.;Xiao, T.;Bettoni, D.;Carassiti, V.;Cotta Ramusino, A.;Dalpiaz, P.;Drago, A.;Fioravanti, E.;Garzia, I.;Savrie, M.;Akishina, V.;Kisel, I.;Kozlov, G.;Pugach, M.;Zyzak, M.;Gianotti, P.;Guaraldo, C.;Lucherini, V.;Bersani, A.;BRACCO, GIANANGELO;Macri, M.;Parodi, R. F.;Biguenko, K.;Brinkmann, K.;Di Pietro, V.;Diehl, S.;Dormenev, V.;Drexler, P.;Düren, M.;Etzelmüller, E.;Galuska, M.;Gutz, E.;Hahn, C.;Hayrapetyan, A.;Kesselkaul, M.;Kühn, W.;Kuske, T.;Lange, J. S.;Liang, Y.;Metag, V.;Nanova, M.;Nazarenko, S.;Novotny, R.;Quagli, T.;Reiter, S.;Rieke, J.;Rosenbaum, C.;Schmidt, M.;Schnell, R.;Stenzel, H.;Thöring, U.;Ullrich, M.;Wagner, M. N.;Wasem, T.;Wohlfahrt, B.;Zaunick, H.;Ireland, D.;Rosner, G.;Seitz, B.;Deepak, P. N.;Kulkarni, A.;Apostolou, A.;Babai, M.;Kavatsyuk, M.;Lemmens, P. J.;Lindemulder, M.;Loehner, H.;Messchendorp, J.;Schakel, P.;Smit, H.;Tiemens, M.;van der Weele, J. C.;Veenstra, R.;Vejdani, S.;Dutta, K.;Kalita, K.;Kumar, A.;Roy, A.;Sohlbach, H.;Bai, M.;Bianchi, L.;Büscher, M.;Cao, L.;Cebulla, A.;Dosdall, R.;Gillitzer, A.;Goldenbaum, F.;Grunwald, D.;Herten, A.;Hu, Q.;Kemmerling, G.;Kleines, H.;Lehrach, A.;Nellen, R.;Ohm, H.;Orfanitski, S.;Prasuhn, D.;Prencipe, E.;Pütz, J.;Ritman, J.;Schadmand, S.;Sefzick, T.;Serdyuk, V.;Sterzenbach, G.;Stockmanns, T.;Wintz, P.;Wüstner, P.;Xu, H.;Zambanini, A.;Li, S.;Li, Z.;Sun, Z.;Xu, H.;Rigato, V.;Isaksson, L.;Achenbach, P.;Corell, O.;Denig, A.;Distler, M.;Hoek, M.;Karavdina, A.;Lauth, W.;Liu, Z.;Merkel, H.;Müller, U.;Pochodzalla, J.;Sanchez, S.;Schlimme, S.;Sfienti, C.;Thiel, M.;Ahmadi, H.;Ahmed, S.;Bleser, S.;Capozza, L.;Cardinali, M.;Dbeyssi, A.;Deiseroth, M.;Feldbauer, F.;Fritsch, M.;Fröhlich, B.;Jasinski, P.;Kang, D.;Khaneft, D;Klasen, R.;Leithoff, H. H.;Lin, D.;Maas, F.;Maldaner, S.;Martínez, M.;Michel, M.;Mora Espí, M. C.;Morales Morales, C.;Motzko, C.;Nerling, F.;Noll, O.;Pflüger, S.;Pitka, A.;Rodríguez Piñeiro, D.;Sanchez Lorente, A.;Steinen, M.;Valente, R.;Weber, T.;Zambrana, M.;Zimmermann, I.;Fedorov, A.;Korjik, M.;Missevitch, O.;Boukharov, A.;Malyshev, O.;Marishev, I.;Balanutsa, V.;Balanutsa, P.;Chernetsky, V.;Demekhin, A.;Dolgolenko, A.;Fedorets, P.;Gerasimov, A.;Goryachev, V.;Chandratre, V.;Datar, V.;Dutta, D.;Jha, V.;Kumawat, H.;Mohanty, A. K.;Parmar, A.;Roy, B.;Sonika, G.;Fritzsch, C.;Grieser, S.;Hergemöller, A.;Hetz, B.;Hüsken, N.;Khoukaz, A.;Wessels, J. P.;Khosonthongkee, K.;Kobdaj, C.;Limphirat, A.;Srisawad, P.;Yan, Y.;Barnyakov, M.;Barnyakov, A. Y.u.;Beloborodov, K.;Blinov, A. E.;Blinov, V. E.;Bobrovnikov, V. S.;Kononov, S.;Kravchenko, E. A.;Kuyanov, I. A.;Martin, K.;Onuchin, A. P.;Serednyakov, S.;Sokolov, A.;Tikhonov, Y.;Atomssa, E.;Kunne, R.;Marchand, D.;Ramstein, B.;van de Wiele, J.;Wang, Y.;Boca, G.;Costanza, S.;Genova, P.;Montagna, P.;Rotondi, A.;Abramov, V.;Belikov, N.;Bukreeva, S.;Davidenko, A.;Derevschikov, A.;Goncharenko, Y.;Grishin, V.;Kachanov, V.;Kormilitsin, V.;Levin, A.;Melnik, Y.;Minaev, N.;Mochalov, V.;Morozov, D.;Nogach, L.;Poslavskiy, S.;Ryazantsev, A.;Ryzhikov, S.;Semenov, P.;Shein, I.;Uzunian, A.;Vasiliev, A.;Yakutin, A.;Tomasi Gustafsson, E.;Roy, U.;Yabsley, B.;Belostotski, S.;Gavrilov, G.;Izotov, A.;Manaenkov, S.;Miklukho, O.;Veretennikov, D.;Zhdanov, A.;Makonyi, K.;Preston, M.;Tegner, P.;Wölbing, D.;Bäck, T.;Cederwall, B.;Rai, A. K.;Godre, S.;Calvo, D.;Coli, S.;De Remigis, P.;Filippi, A.;Giraudo, G.;Lusso, S.;Mazza, G.;Mignone, M.;Rivetti, A.;Wheadon, R.;Balestra, F.;Iazzi, F.;Introzzi, R.;Lavagno, A.;Olave, J.;Amoroso, A.;Bussa, M. P.;Busso, L.;De Mori, F.;Destefanis, M.;Fava, L.;Ferrero, L.;Greco, M.;Hu, J.;Lavezzi, L.;Maggiora, M.;Maniscalco, G.;Marcello, S.;Sosio, S.;Spataro, S.;Birsa, R.;Bradamante, F.;Bressan, A.;Martin, A.;Calen, H.;Ikegami Andersson, W.;Johansson, T.;Kupsc, A.;Marciniewski, P.;Papenbrock, M.;Pettersson, J.;Schönning, K.;Wolke, M.;Galnander, B.;Diaz, J.;Pothodi Chackara, V.;Chlopik, A.;Kesik, G.;Melnychuk, D.;Slowinski, B.;Trzcinski, A.;Wojciechowski, M.;Wronka, S.;Zwieglinski, B.;Bühler, P.;Marton, J.;Steinschaden, D.;Suzuki, K.;Widmann, E.;Zmeskal, J.

2016-01-01

Abstract

Simulation results for future measurements of electromagnetic proton form factors at P ¯ ANDA (FAIR) within the PandaRoot software framework are reported. The statistical precision with which the proton form factors can be determined is estimated. The signal channel p¯ p→ e+e- is studied on the basis of two different but consistent procedures. The suppression of the main background channel, i.e.p¯ p→ π+π-, is studied. Furthermore, the background versus signal efficiency, statistical and systematical uncertainties on the extracted proton form factors are evaluated using two different procedures. The results are consistent with those of a previous simulation study using an older, simplified framework. However, a slightly better precision is achieved in the PandaRoot study in a large range of momentum transfer, assuming the nominal beam conditions and detector performance.