Fluctuations and correlations in nucleus-nucleus collisions within transport approaches

Fluktuationen und Korrelationen in Kern-Kern-Stößen aus Transportmodellen

The current thesis is devoted to a systematic study of fluctuations and correlations in heavy-ion collisions, which might be considered as probes for the phase transition and the critical point in the phase diagram, with
The current thesis is devoted to a systematic study of fluctuations and correlations in heavy-ion collisions, which might be considered as probes for the phase transition and the critical point in the phase diagram, within the Hadron-String- Dynamics (HSD) microscopic transport approach. This is a powerful tool to study nucleus-nucleus collisions and allows to completely simulate experimental collisions on an event-by-event basis. Thus, the transport model has been used to study fluctuations and correlations including the influence of experimental acceptance as well as centrality, system size and collision energy. The comparison to experimental data can separate the effects induced by a phase transition since there is no phase transition in the HSD version used here. Firstly the centrality dependence of multiplicity fluctuations has been studied. Different centrality selections have been performed in the analysis in correspondence to the experimental situation. For the fixed target experiment NA49 events with fixed numbers of the projectile participants have been studied while in the collider experiment PHENIX centrality classes of events have been defined by the multiplicity in certain phase space region. A decrease of participant number fluctuations (and thus volume fluctuations) in more central collisions for both experiments has been obtained. Another area of this work addresses to transport model calculations of multiplicity fluctuations in nucleus-nucleus collisions as a function of colliding energy and system size. This study is in full correspondence to the experimental program of the NA61 Collaboration at the SPS. Central C+C, S+S, In+In, and Pb+Pb nuclear collisions at Elab = 10, 20, 30, 40, 80, 158 AGeV have been investigated. The expected enhanced fluctuations - attributed to the critical point and phase transition - can be observed experimentally on top of a monotonic and smooth ‘hadronic background’. These findings should be helpful for the optimal choice of collision systems and collision energies for the experimental search of the QCD critical point. Other observables are fluctuations of ratios of hadrons (e.g. pions, kaons, protons, etc.) which are not so much affected by volume fluctuations. In particular HSD results for the kaon-to-pion ratio fluctuations, which has been regarded as promising observable for a long time, are presented from low SPS energies up to high energies at RHIC. In addition to the HSD calculations statistical model is also used in terms of microcanonical, canonical and grand canonical ensembles. Further a study of the system size event-by-event fluctuations causing rapidity forward-backward correlations in relativistic heavy-ion collisions is presented. The HSD simulations reveal strong forward-backward correlations and reproduce the main qualitative features of the STAR data in A+A collisions at RHIC energies. It has been shown that strong forward-backward correlations arise due to an averaging over many different events that belong to one centrality bin. An optimization of the experimental selection of centrality classes is presented, which is relevant for the program of the NA61 collaboration at CERN, the low-energy program at RHIC, as well as future experiments at FAIR.
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In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Analyse von Fluktuationen und Korrelationen in relativistischen Schwerionenstößen auf der Basis des HSD Transportmodells durchgeführt, welches eine mikroskopische Beschr
In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Analyse von Fluktuationen und Korrelationen in relativistischen Schwerionenstößen auf der Basis des HSD Transportmodells durchgeführt, welches eine mikroskopische Beschreibung dieser Reaktionen liefert. In den Simulationen können experimentelle Zentralitäts- Bestimmungen für Eventklassen explizit in die Analyse integriert werden. Der Vergleich mit differenziellen experimentellen Daten gibt weiterhin Aufschluß über die Frage, inwieweit gemessene Signale auf einen Phasenübergang bzw. einen kritischen Punkt im hadronischen Phasendiagramm hinweisen. Des Weiteren liefern die mikroskopischen Phasenraumsimulationen wertvolle Hinweise darauf, welche Observablen durch mikrokanonische, kanonische oder großkanonische Gesamtheiten - im statistischen Limes - beschrieben werden können. Die detaillierten Untersuchungen beziehen sich auf eine Reihe von aktuellen Fragestellungen in der Schwerionenphysik bzw. der Phasenstruktur hadronischer Materie: zunächst wird die Abhängigkeit der Fluktuationen in den Teilchenmultiplizit äten von der Zentralität der Reaktionen untersucht. Dabei werden verschiedene Ansätze zur Definition der Zentralität in diesen Reaktionen verwendet, die den jeweiligen experimentellen Randbedingungen genügen. Bei SPS Energien werden Gesamtheiten mit fester Anzahl von Projektil-Partizipanten, Nproj P , ausgew ählt während bei den PHENIX Experimenten am RHIC Gesamtheiten mit unterschiedlicher Phasenraumbesetzung bei Midrapidität ausgewählt werden. Das Interesse gilt dem Verhalten der Teilchenfluktuationen als Funktion der Zentralität der Reaktion. Weiterhin wird studiert, inwieweit experimentelle Triggerbedingungen auf die Zahl der Target-Partizipanten Einfluß auf die Fluktuationen in der Baryonenzahl haben. Bei RHIC Energien werden die Fluktuationen in der Teilchenmultiplizit ät für Au+Au bei ps = 200 GeV berechnet werden und mit den vorläufigen Daten der PHENIX Kollaboration konfrontiert. Auch hier geht es um den Einfluß der Triggerbedingungen auf die gemessenen Daten zu den Fluktuationen in der Teilchenmultiplizität. Ein weiterer Bereich dieser Arbeit adressiert die Fluktuationen der experimentellen Teilchenmultiplizität im Vergleich mit mikroskopischen HSD Rechnungen. Insbesondere wird geklärt, inwieweit die endliche experimentelle Akzeptanz Einfluß auf die beobachteten Signale hat. Diese Analysen liefern wertvolle Hinweise auf zukünftige experimentelle Anforderungen zur Interpretation von Fluktuationen bei SPS und RHIC Energien. Die geplanten Experimente der NA61 Kollaboration bei SPS Energien von 20 - 158 A GeV werden im Detail untersucht, einerseits in Hinsicht auf die Abhängigkeit der Fluktuationen von der Kollisionsenergie, andererseits in Abhängigkeit von der Systemgröße und Zentralitöt. Zu diesem Zweck werden C+C, S+S, In+In und Pb+Pb Reaktionen bei 10, 20, 30, 40, 80 und 158 A GeV mit hoher Statistik berechnet. Das Interesse gilt der Auswahl geeigneter Eventklassen, um signifikante Anzeichen für das Auftreten eines kritischen Punktes im Phasendiagramm aus den experimentellen Daten extrahieren zu können. Weitere Observablen sind Verhältnisse von Hadronen zueinander wie K/\pi, p/\pi, \pi/p etc., die nicht so sehr von Volumenfluktuationen beeinflußt werden. Insbesondere Fluktuationen in diesen Teilchenverhältnissen wie K/\pi, die lange Zeit als vielversprechende Observablen betrachtet wurden, werden vorgestellt für Schwerionenkollisionen von den unteren SPS Energien bis zu den höchsten Energien bei RHIC. Neben den HSD Rechnungen werden zudem statistische Modellrechnungen für mikrokanonische, kanonische und großkanonische Gesamtheiten herangezogen, um insbesondere den Einfluß von Erhaltungsgrößen auf diese Observablen zu studieren. Als weitere charakterische Observable für einen Phasenübergang werden Korrelationen in der Rapiditätsverteilung von Hadronen angesehen. Zur Klärung dieser Vermutung werden die Daten der STAR Kollaboration für solche ’Forward-Backward’ Korrelationen mit HSD Rechnungen verglichen, wobei die expliziten Eventklassen in Analogie zu den experimentellen Triggerbedingungen ausgewählt werden. Diese Korrelationen werden zusätzlich als Funktion der Ensemble-Größe untersucht wie auch der Intervallgröße für die betrachteten Rapiditätsintervalle. Damit wird geklärt, inwieweit geometrische Aspekte von dynamischen Korrelationen separiert werden können. Eine Optimierung der experimentellen Selektion von Eventklassen wird vorgestellt, die von Relevanz für das Programm der NA61 Kollaboration am CERN, der ’Niederenergieexperimente’ bei RHIC sowie für die zukünftigen Experimente der CBM Kollaboration bei FAIR hat.
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Metadaten
Author:Volodymyr P. Konchakovski
URN:urn:nbn:de:hebis:30-72530
Referee:Elena Bratkovskaya
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2009/11/20
Year of first Publication:2009
Publishing Institution:Univ.-Bibliothek Frankfurt am Main
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Univ.
Date of final exam:2009/10/23
Release Date:2009/11/20
Tag:Fluctuation ; Kern-Kern-Stößen ; Korrelation ; Transportmodellen
Correlations; Fluctuations ; Nucleus-Nucleus Collisions ; Transport Approach
SWD-Keyword:Fluktuation <Physik> ; Physik; Quark <Physik> ; Teilchen ; Theoretische Physik
HeBIS PPN:218262701
Institutes:Physik
Dewey Decimal Classification:530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

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