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Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Aufbruchsmechanismus des Projektilspektators im relativistischen Energiebereich untersucht. Es zeigte sich dabei, daß die in vorherigen Experimenten beobachtete Targetunabhängigkeit der Fragmentproduktion bei 600 AMeV sich als universelle Eigenschaft des Zerfalls von angeregter und expandierter Kernmaterie erweist. Die Untersuchung von Ladungskorrelationen zeigte ebenfalls weder eine Energie- noch Projektilabhängigkeit im Rahmen der experimentellen Auflösung. Diese Ergebnisse sind im wesentlichen auch zu höheren und niedrigeren Energien von anderen Experimenten bestätigt worden. Mit diesem experimentellen Befund kann eindeutig der Beweis für die Existenz einer Multi-Fragmentproduktion bei relativistischen Energien gegeben werden. Im Rahmen von Modellen können die beobachteten Ladungsobservablen mit einem statistisch dominierten Zerfall erklärt werden. Die sich daran anschließende Frage nach dem Aufbruchsmechanismus und dessen Eigenschaften wurde weiterführend mit Ausrichtung auf kinematische und thermodynamische Eigenschaften des Systems untersucht. Dabei ergab sich, daß die kinematischen Observablen der Projektilquelle einen thermisch äquilibrierten Zustand widerspiegeln, unabhängig vom Stoßparameter und der Einschußenergie. Die hierbei beobachtete Emission von leichten Teilchen, die nicht eindeutig einer intermediären oder Projektilquelle zugeordnet werden konnten, ist hierbei Hinweis auf Nicht-Gleichgewichtsanteile, die in der frühen Phase der Reaktion gebildet werden. Mit der Untersuchung von kollektiven Eigenschaften des zerfallenden Systems wurde versucht, einen quantitativen Einblick in die Reaktionskinematik und den damit zusammenhängenden Energietransfer in den Projektilspektator zu erhalten. Diese Analysen ergaben, daß es bei gleichem Stoßparameter eine starke Abhängigkeit des "Bounce Off" von der Targetmasse gibt, während zu höheren Energien, beim gleichen System, nur ein kleiner Effekt zu höheren Impulsüberträgen (5-10 MeV/c) beobachtet wird. Die Energiebilanz des Systems und die hieraus extrahierten Anregungsenergien zeigten zum ersten Mal in experimentellen Daten ohne Zuhilfenahme von theoretischen Modellen, daß für die stark asymmetrischen Systeme nicht der gleiche Zusammenhang zwischen Anregungsenergie und Z bounce; erhalten wird wie bei den symmetrischen Systemen. Dies zeigt sich bei den asymmetrischen Systemen durch eine Saturation der Anregungsenergie mit kleiner werdendem Z bounce, im Gegensatz zu den symmetrischen Systemen, die einen weiteren Anstieg zeigen. Die absoluten Werte der maximalen Anregungsenergie von <E0/A0> ~ 21-23 MeV bei halbzentralen Reaktionen von 197 Au + 197 Au bei 800 AMeV und <E0/A0> ~27 MeV bei 238 U + 238 U 1000 AMeV sind verschieden bei gleichem Z bound. Es stellt sich jedoch heraus, daß mit Ausnahme der stark asymmetrischen Systeme die Anregungsenergie pro herausgeschlagenem Nukleon (<E Knock/A>) in Abhängigkeit von der prozentualen Größe des Prefragments zu peripheren Reaktionen monoton und energieunabhängig steigt.Werden die experimentell bestimmten Anregungsenergien verglichen mit denen aus theoretischen Modellen, so sind diese immer deutlich geringer. Im statistischen Modell von Botvina und Mitarbeitern, das von D´esesquelles mit unseren Daten verglichen wurde [D´ese 96] [D´ese 95], ergaben sich maximale Anregungsenergien von <E0/A0> ~ 7-8 MeV in zentralen Reaktionen. Ein Vergleich mit QMD + SMM ergibt, daß für die asymmetrischen Systeme (197AU + 12C)mit einer Anregungsenergien von maximal <E0/A0> ~ 8-9 MeV eine Beschreibung der Daten möglich ist. Für die symmetrischen Systeme zeigt sich eine zunehmende Diskrepanz mit zunehmender Targetmasse zwischen den experimentellen und theoretischen Anregungsenergien. Die Ladungsobservablen der Daten werden von der verwendeten QMD + SMM-Rechnung und der QMD (SACA)-Rechnung gut wiedergegeben. Durch Anpassung von Rechnungen mit dem Quantenstatischen Modell [Hahn 88b] (QSM) an die experimentellen Daten ergaben sich Aufbruchsdichten bei zentralen Reaktionen von rho/rho 0 ~ 0.3 bis 0.4, diese sind konsistent mit dem Aufbruch eines äquilibrierten und expandierten Systems. Die aus QSM erhaltenen Temperaturen des Quellsystems in Abhängigkeit von der Anregungsenergie geben im wesentlichen den von Pochodzalla und Mitarbeitern beobachteten Verlauf der kalorischen Kurve wieder. Die Frage, ob dieser Verlauf einen Phasenübergang von flüssig zu gasförmig darstellt, ist anhand dieser Methode nicht zu entscheiden. Die Ergebnisse der Ladungsobservablen in Verbindung mit den kollektiven Eigenschaften zeigen, daß die Anregungsenergie, die zum Erreichen des Maximums der M Fragmentproduktion ( <M IMF> ~ 4.4) nötig ist <E0/A0> ~ 11 MeV, einen geringeren absoluten Wert hat als der Bereich des möglichen Phasenübergangs <E0/A0> ~17 MeV. Im Gegensatz dazu stellt sich das Maximum der mittleren IMF -Produktion energie-, target- und projektilunabhängig bei <E0/A0> ~11 MeV ein. Mit diesemVergleich wird deutlich, daß zur näheren Untersuchung des Phasenübergangs von Kernmaterie nicht die in der Anregungsenergie saturierenden asymmetrischen Projektil-Target Kombinationen benutzt werden können. Die physikalische Fragestellung einer neuen Generation von Experimenten mit dem ALADIN-Detektor müßte in der Quantifizierung des Phasenübergangs und seiner dynamischen Observablen liegen. Dabei ist Beantwortung der Frage nach der zeitlichen Entwicklung der Fragmentproduktion über Korrelationen der Fragmente im Bereich des Phasenübergangs im Vergleich zum Maximum der universellen Kurve sowie die ereignisweise Bestimmung von dynamischen Observablen anzustreben.
Measured hadron yields from relativistic nuclear collisions can be equally well understood in two physically distinct models, namely a static thermal hadronic source versus a time-dependent, non-equilibrium hadronization off a quark gluon plasma droplet. Due to the time-dependent particle evaporation off the hadronic surface in the latter approach the hadron ratios change (by factors of / 5) in time. The overall particle yields then reflect time averages over the actual thermodynamic properties of the system at a certain stage of evolution.
We study the time scale for pressure equilibration in heavy ion collisions at AGS energies within the three-fluid hydrodynamical model and a microscopic cascade model (UrQMD). We find that kinetic equilibrium is reached in both models after a time of 5 fm/c (center-of-mass time). Thus, observables which are sensitive to the early stage of the reaction differ considerably from the expectations within the instant thermalization scenario (one-fluid hydrodynamical model).
Basic problems of the semiclassical microscopic modelling of strongly interacting systems are discussed within the framework of Quantum Molecular Dynamics (QMD). This model allows to study the influence of several types of nucleonic interactions on a large variety of observables and phenomena occur- ring in heavy ion collisions at relativistic energies. It is shown that the same predictions can be obtained with several numerically completely di erent and independently written programs as far as the same model parameters are employed and the same basic approximations are made. Many observ- ables are robust against variations of the details of the model assumptions used. Some of the physical results, however, depend also on rather technical parameters like the preparation of the initial configuration in phase space. This crucial problem is connected with the description of the ground state of single nuclei, which di ers among the various approaches. An outlook to an improved molecular dynamics scheme for heavy ion collisions is given.
Abstract: We study transverse expansion and directed flow in Au(11AGeV)Au reactions within a multi-fluid dynamical model. Although we do not employ an equation of state (EoS) with a first order phase transition, we find a slow increase of the transverse velocities of the nucleons with time. A similar behaviour can be observed for the directed nucleon flow. This is due to non-equilibrium e ects which also lead to less and slower conversion of longitudinal into transverse momentum. We also show that the proton rapidity distribution at CERN energies, as calculated within this model, agrees well with the preliminary NA44-data.
To describe ultrarelativistic heavy-ion collisions we construct a three-fluid hydrodynamical model. In contrast to one-fluid hydrodynamics, it accounts for the finite stopping power of nuclear matter, i.e. for nonequilibrium e ects in the early stage of the reaction. Within this model, we study baryon dynamics in the BNL-AGS energy range. For the system Au+Au we find that kinetic equilibrium between projectile and target nucleons is established only after a time teq CM H 5 fm/c C 2RAu/³CM. Observables which are sensitive to the early stage of the collision (like e.g. nucleon flow) therefore di er considerably from those calculated in the one-fluid model.
We examine the properties of both forms of strange matter, small lumps of strange quark matter (strangelets) and of strange hadronic matter (Metastable Exotic Multihypernuclear Objects: MEMOs) and their relevance for present and future heavy ion searches. The strong and weak decays are discussed separately to distinguish between long-lived and short-lived candidates where the former ones are detectable in present heavy ion experiments while the latter ones in future heavy ion experiments, respectively. We find some long-lived strangelet candidates which are highly negatively charged with a mass to charge ratio like a anti deuteron (M/Z 2) but masses of A=10 to 16. We predict also many short-lived candidates, both in quark and in hadronic form, which can be highly charged. Purely hyperonic nuclei like the (2 02 ) are bound and have a negative charge while carrying a positive baryon number. We demonstrate also that multiply charmed exotics (charmlets) might be bound and can be produced at future heavy ion colliders.
Measured hadron yields from relativistic nuclear collisions can be equally well understood in two physically distinct models, namely a static thermal hadronic source vs. a time-dependent, nonequilibrium hadronization o a quark-gluon plasma droplet. Due to the time-dependent particle evapora- tion o the hadronic surface in the latter approach the hadron ratios change (by factors of <H 5) in time. Final particle yields reflect time averages over the actual thermodynamic properties of the system at a certain stage of the evolution. Calculated hadron, strangelet and (anti-)cluster yields as well as freeze-out times are presented for di erent systems. Due to strangeness distillation the system moves rapidly out of the T, µq plane into the µs-sector. Classif.: 25.75.Dw, 12.38.Mh, 24.85.+p
We discuss the early evolution of ultrarelativistic heavy-ion collisions within a multi- fluid dynamical model. In particular, we show that due to the finite mean-free path of the particles compression shock waves are smeared out considerably as compared to the one-fluid limit. Also, the maximal energy density of the baryons is much lower. We discuss the time scale of kinetic equilibration of the baryons in the central region and its relevance for directed flow. Finally, thermal emission of direct photons from the fluid of produced particles is calculated within the three-fluid model and two other simple expansion models. It is shown that the transverse momentum and rapidity spectra of photons give clue to the cooling law and the early rapidity distribution of the photon source.