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Analyse der Elektronpaarproduktion im Stoßsystem Ar+KCl bei 1,76 AGeV

Analysis of electron pair production in the collision system Ar+KCl at 1.76 AGeV

  • Ein wesentlicher Forschungsgegenstand der Kernphysik ist die Untersuchung der Eigenschaften von Kernmaterie. Das Verständnis darüber gibt in Teilen Aufschluss über die Erscheinungsweise und Wechselwirkung von Materie. Ein Schlüssel liegt dabei in der Untersuchung der Modifikation der Eigenschaften von Hadronen in dem Medium Kernmaterie, das durch Parameter wie Dichte und Temperatur gekennzeichnet werden kann. Man hofft damit unter anderem Einblick in die Mechanismen zu bekommen, welche zur Massenbildung der Hadronen beitragen. Zur Untersuchung solcher Modifikationen eignen sich insbesondere Vektormesonen, die in e+e- Paare zerfallen. Die Leptonen dieser Paare wechselwirken nicht mehr stark mit der Materie innerhalb der Reaktionszone, und tragen somit wichtige Informationen ungestört nach außen. Das HADES-Spektrometer bei GSI wird dazu verwendet die leichten bei SIS-Energien produzierten Vektormesonen rho, omega und phi zu vermessen. Hierzu wurde zum erste mal das mittelschwere Stoßsystem Ar+KCl bei einer Strahlenergie von 1,76 AGeV gemessen. Die im Vergleich zum früher untersuchten System C+C höhere Spurmultiplizität innerhalb der Spektrometerakzeptanz verlangte eine Anpassung der bisher verwendeten Datenanalyse. Das bisher verwendete Verfahren, mehrere scharfe Schnitte auf verschiedene Observablen seriell anzuwenden, um einzelne Leptonspuren als solche zu identifizieren, wurde durch eine neu entwickelte multivariate Analyse ersetzt. Dabei werden die Informationen aller beteiligten Observablen mit Hilfe eines Algorithmus zeitgleich zusammengeführt, damit Elektronen und Positronen vom hadronischen Untergrund getrennt werden können. Durch Untersuchung mehrerer Klassifizierer konnte ein mehrschichtiges künstliches neuronalen Netz als am besten geeigneter Algorithmus identifiziert werden. Diese Art der Analyse hat den Vorteil, dass sie viel robuster gegenüber Fluktuationen in einzelnen Observablen ist, und sich somit die Effizienz bei gleicher Reinheit steigern lässt. Die Rekonstruktion von Teilchenspuren im HADES-Spektrometer basiert nur auf wenigen Ortsinformationen. Daher können einzelne vollständige Spuren a priori nicht als solche gleich erkannt werden. Vielmehr werden durch verschiedene Kombinationen innerhalb derselben Mannigfaltigkeit von Positionspunkten mehr Spuren zusammengesetzt, als ursprünglich produziert wurden. Zur Identifikation des maximalen Satzes eindeutiger Spuren eines Ereignisses wurde eine neue Methode der Spurselektion entwickelt. Während dieser Prozedur werden Informationen gewonnen, die im weiteren Verlauf der Analyse zur Detektion von Konversions- und pi0-Dalitz-Paaren genutzt werden, die einen großen Beitrag zum kombinatorischen Untergrund darstellen. Als Ergebnis wird das effizienzkorrigierte, und auf die mittlere Zahl der Pionen pro Ereignis normierte, Spektrum der invarianten Elektronpaarmasse präsentiert. Erste Vergleiche mit der konventionellen Analysemethode zeigen dabei eine um etwa 30% erhöhte Rekonstruktionseffizienz. Das Massenspektrum setzt sich aus mehr als 114.000 Paaren zusammen -- über 16.000 davon mit einer Masse größer als 150 MeV. Ein erster Vergleich mit einem einfachen thermischen Modell, welches durch den Ereignisgenerator Pluto dargestellt wird, eröffnet die Möglichkeit, die hier gefundenen Produktionsraten des omega- und phi-Mesons durch m_T-Skalierung an die durch andere Experimente ermittelten Raten des eta zu koppeln. In diesem Zusammenhang findet sich weiterhin ein von der Einschussenergie abhängiger Produktionsüberschluss von F(1,76) = Y_total/Y_PLUTO = 5,3 im Massenbereich M = 0,15...0,5 GeV/c^2. Die theoretische Erklärung dieses Überschusses birgt neue Erkenntnisse zu den in-Medium Eigenschaften von Hadronen.
  • The HADES-spectrometer at GSI is used to measure the production of the light vector mesons rho, omega and phi at SIS energies. Therefore, the medium sized collision system Ar+KCl was measured at 1.76 AGeV kinetic energy of beam particles. In this system the density of particle tracks is much larger as compared to the formerly used collision system C+C, making it necessary to upgrade the data analysis. The previous method of hard-cuts - used for particle identification - was replaced by a newly developed multi-variate analysis based on an artificial neural network. This algorithm has the benefit, that it is more robust against fluctuations in one or more of the used detector observables. This increases the overall efficiency and purity of the analysis procedure. Furthermore, the reconstruction of particle tracks inside the HADES spectrometer is based on a few position information, only. During analysis of raw data, these information are combined to a artificially large manifold of tracks. This leads to the general problem that one has to select the maximum number of true physical tracks out of this set of tracks per event. A new method of track selection is used to filter the data not only to select single tracks, but also to identify electron pairs created during Dalitz-decay of pi-0 mesons, which build the bulk of combinatorial background. The result of the analysis is an efficiency corrected invariant mass spectrum of electron pairs, normalized to the mean number of pions per event. The spectrum consists of more than 16,000 pairs with an invariant mass larger than 150 MeV. In total more than 150000 pairs were found. A first comparison with the spectra calculated by using the old analysis approach shows a 30% enhancement in yield of reconstructed electron pairs. A first comparison with a simple thermal model implemented by the Pluto event generator, opens the possibility to compare the measured pair yield of omega and phi mesons via m_T-scaling with the yield of eta mesons found in other experiments. In this context an energy dependent enhancement of pair production F(1.76) = Y_total/Y_PLUTO = 5.3 was found inside the mass region M = 0.15...0.5 GeV/c^2.

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Metadaten
Author:Simon Martin Lang
URN:urn:nbn:de:hebis:30-56376
Referee:Joachim Stroth
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2008/07/30
Year of first Publication:2008
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2008/06/30
Release Date:2008/07/30
Tag:Dileptonen; Schwerionenphysik; Spurselektion; in-Medium Modifikation
dileptons; heavy ion physics; in-medium modification; track selection; vector mesons
GND Keyword:Elementarteilchen; Frankfurt <Main> / Institut für Kernphysik; Teilchenbeschleuniger; Kernphysik; Stoß; Neuronales Netz; Datenanalyse; HADES
HeBIS-PPN:202522369
Institutes:Physik / Physik
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht