Anisotropic flow measurements at FAIR and SPS energies

  • The Compressed Baryonic Matter experiment (CBM) at FAIR and the NA61/SHINE experiment at CERN SPS aim to study the area of the QCD phase diagram at high net baryon densities and moderate temperatures using heavy-ion collisions. The FAIR and SPS accelerators cover energy ranges 2-11 and 13-150 GeV per nucleon respectively in laboratory frame for heavy ions up to Au and Pb. One of the key observables to study the properties of a matter created in such collisions is an anisotropic transverse flow of particles. In this work, the performance of the CBM experiment for anisotropic flow measurements is studied with Monte-Carlo simulations using gold ions at SIS-100 energies employing different heavy-ion event generators. Also, procedures for centrality estimation and charged hadron identification are described and corresponding frameworks are developed. The measurement of the reaction plane angle is performed with Projectile Spectator Detector (PSD), which is a hadron calorimeter located at a very forward angle. To prevent radiation damage by the high-intensity ion beam, the PSD has a hole in the center to let the beam pass through. Various combinations of CBM detector subsystems are used to investigate the possible systematic biases in flow and centrality measurements. Effects of detector azimuthal non uniformity and the PSD beam hole size on physics performance are studied. The resulting performance of CBM for flow measurements is demonstrated for identified charged hadron anisotropic flow as a function of rapidity and transverse momentum in different centrality classes. The measurement techniques developed for CBM were also validated with the experimental data recently collected by the NA61/SHINE experiment at CERN SPS for Pb+Pb collisions at the beam momenta 30A GeV/c. Compared to the existing data from the NA49 experiment at the CERN SPS, the new data allows for a more precise measurement of anisotropic flow harmonics. The fixed target setup of NA61/SHINE also allows extending flow measurements available from the STAR at the RHIC beam energy scan (BES) program to a wide rapidity range up to the forward region where the projectile nucleon spectators appear. In this thesis, an analysis of the anisotropic flow harmonics in Pb+Pb collisions at beam momenta 30A GeV/c collected by the NA61/SHINE experiment in the year 2016 is presented. Flow coefficients are measured relative to the spectator plane estimated with the Projectile Spectators Detector (PSD). The flow coefficients are obtained as a function of rapidity and transverse momentum in different classes of collision centrality. The results are compared with the corresponding NA49 data and the measurements from the RHIC BES program.
  • Das "Compressed Baryonic Matter" Experiment (CBM) bei FAIR und das NA61/SHINE Experiment bei CERN SPS zielen darauf ab, den Bereich des QCD-Phasendiagramms zu untersuchen bei hohen Nettobaryonendichten und moderaten Temperaturen unter Verwendung von Schwerionenkollisionen. Die FAIR- und SPS-Beschleuniger decken den Energiebereich von wenigen bis 150 GeV pro Nukleon im Laborrahmen für Schwerionen bis hin zu Au bzw. Pb ab. Der anisotrope Teilchenfluss gehört zu den wichtigsten Beobachtungsgrößen, die Aufschluss über die Eigenschaften der in Schwerionen hohen energie Materie geben. In Rahmen dieser Arbeit werden Monte-Carlo Simulationene durchgeführt und analysiert, um zukünftige Messungen den anisotropen Teilchenflusse mit dem CBM Detectorsystem zu optimieren. Es wurden verschiedene Ereignisgeneratoren verwendet, um die SIS-100 Strahlionen zu bescheiben. Auch Verfahren zur Zentralitätsabschätzung und zur Identifizierung von geladenen Hadronen werden beschrieben, fü die entsprechende Komputerprogramme wurde entwickelt. Verschiedene Kombinationen von CBM-Detektor-Subsystemen werden verwendet, um die möglichen systematischen Fehlers in der Fluss- und Zentralitätsmessungen. Es werden die Auswirkungen der azimutalen Inhomogenität des Detektors und der Strahllochgröße auf die Qualität des Messungen untersucht. Die resultierende Performanz der CBM-Detektorsystems für Flussmessungen wird für identifizierte geladene anisotrope Hadronenströmungen als Funktion von Rapidität und Transversalimpulse in verschiedenen Zentralitätsklassen demonstriert. Die für CBM entwickelten Analysetechniken wurden auch auf die experimentellen Daten angevendet, die kürzlich mit dem NA61/SHINE-Experiment am CERN SPS in Blei-Blei-Kollisionen am Strahlimpulsen 30A GeV/c gemessen wurden. Im Vergleich zu den bestehenden Daten des NA49-Experiments am CERN SPS ermöglichen die neuen Daten eine genauere Messung von Höheren Ordnungen des anisotropen Fluss. Der "fixed target" Aufbau des NA61/SHINE Experiment ermöglicht es auch, durchgeführten Messungen des Flusses, die Flussmessungen, die vom STAR-Experiment am RHIC zur Verfügung stehen, auf einen weiten Rapiditätbereich bis in den vorderen Bereich auszudehnen, in dem Projektil-Fragmente auftreten. In dieser Arbeit wird eine Analyse des anisotropen Flusses in Blei-Blei-Kollisionen bei Strahlimpulnen von 30A GeV/c vorgestellt, der vom NA61/SHINE Experiment im Jahr 2016 gemessen wurde. Die Flusskoeffizienten werden mithilfe der PSD gemessen Spektatoren bestimt. Die Flusskoeffizienten werden als Funktion von Rapidität und Transversalimpuls in verschiedenen Klassen der Kollisionszentralität analysiert. Die Ergebnisse werden mit den entsprechenden NA49-Daten und den Messungen aus dem RHICBES-Programm verglichen.

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    Dissertation Viktor Klochkov 2019

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Metadaten
Author:Viktor Klochkov
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-517790
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Peter Senger, Herbert Ströbele, Christoph BlumeORCiDGND
Advisor:Ilya Selyuzhenkov
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2019/11/22
Year of first Publication:2019
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2019/11/20
Release Date:2019/12/12
Tag:CBM; Flow; NA61/SHINE; Spectators
Page Number:156
HeBIS-PPN:456874860
Institutes:Physik
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht