Event-by-event fluctuations of the particle yield ratios in heavy-ion collisions at 20 - 158 AGeV

  • Non-statistical event-by-event fluctuations are considered as an important signal for the critical endpoint of the QCD phase diagram. Event-by-event fluctuations of different observables are thus investigated in detail in current experiments but are also an important observable to be studied at the future CBM experiment at FAIR. In this work we present the energy and centrality dependence of event-by-event fluctuations of particle yield ratios measured by the NA49 experiment in Pb+Pb collisions at 20 - 158 AGeV. Systematic studies of the influence of the dE/dx resolution on the particle identification and the centrality bin size were performed. Results can be compared to event-by-event fluctuations measured by NA49 for different observables such as <pt> or the mean charged particle multiplicity. Main results of these studies are an increase of absolute value of the dynamical particle ratio fluctuations with decreasing centrality for all considered ratios, saturation of the K/Pi and K/p ratio fluctuations for peripheral Pb + Pb collisions at 158A GeV and scaling of the energy and centrality dependences of the p/Pi ratio fluctuations with NpNPi. The measured energy and centrality dependences of the K/Pi and K/p ratio fluctuations scale with NK in a different way. The saturation of the mentioned ratios fluctuations was attributed to the development of pronounced spike at zero in the eventwise ratio distributions, which, as was shown by Monte Carlo simulations, influence the measured fluctuations in the very peripheral Pb + Pb collisions at 158A GeV. In future, the CBM experiment at FAIR will investigate the intermediate region of the QCD phase diagram in great detail searching for the first order phase transition line and the expected critical endpoint. It is therefore important to closely investigate its sensitivity towards particle ratio fluctuations in Au+Au collisions at 10-45 AGeV beam energy. Detailed simulation studies will be presented. As an outcome of these feasibility studies we conclude that the CBM experiment will be able to provide high quality data on the subject of the event-by-event flucutations of particle yield ratios with sensitivity in the order of 1%.
  • Nicht statistische “event-by-event” Fluktuationen werden als wichtiges Signal für die Suche nach dem kritischen Endpunkt des QCD Phasendiagramms angesehen. In aktuellen Experimenten werden aus diesem Grund bereits detailliert “Event-by-event” Fluktuationen verschiedener Observablen untersucht. Diese Fluktuationen werden aber auch eine wichtige Observable für das zukünftige CBM Experiment bei FAIR sein. In dieser Arbeit werden Ergebnisse zur Energie- und Zentralitätsabhängigkeit der “event-byevent” Fluktuationen von Teilchenzahl-Verhältnissen präsentiert. Die Daten stammen von Messungen des NA49 Experimentes bei Pb + Pb Stössen mit Strahlenergien von 20 - 158AGeV. Es wurden systematische Studien bezüglich des Einflusses der dE/dx Auflösung auf die Teilchenidentifikation und die Grösse der Zentralitäts-Bins durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit können mit weiteren Ergebnissen der NA49 Kollaborartion über “event-by-event” Fluktuationen von Observablen wie der mittleren Multiplizität geladener Teilchen oder <pt> verglichen werden. Die Hauptergebnisse dieser Arbeit sind ein Ansteigen der dynamischen Teilchenzahl-Verhältnis Fluktuationen mit abnehmender Multiplizität bei allen untersuchen Verhältnissen, eine Sättigung der Fluktuationen der K/Pi- und K/p-Verhältnisse für periphere Pb + Pb Stösse bei 158AGeV Strahlenergie und eine Skalierung der Energie- und Zentralitätsabhängigkeit der p/Pi-Verhältnis Fluktuationen mit NpNPi. Die gemessenen Energie- und Zentralitätsabhängigkeiten der K/Pi- und K/p-Verhältnis Fluktuationen skalieren mit NK in unterschiedlicherWeise. Die Sättigung der genannten Verhältnis Fluktuationen bei Ereignissweiser Auswertung der Daten werden mit der Ausbildung einer Singularität bei Null erklärt. Mittels Monte Carlo Simulationen kann gezeigt werden, dass die Singularität die gemessenen Fluktuationen in sehr peripheren Pb + Pb Stössen bei 158 AGeV beeinflusst. Das zukünftige CBM Experiment bei FAIR wird ganz speziell den Übergangsbereich des QCD Phasendiagramms untersuchen um nach dem Phasen-Übergang erster Ordnung und dem vorhergesagten kritischen Endpunkt zu suchen. Aus diesem Grund ist es wichtig die Sensitivität des Experiments für die Teilchenzahlverhältnis Fluktuationen im Bereich von 10-45 AGeV zu untersuchen. Hierzu werden in dieser Arbeit detaillierte Simulationen präsentiert, die als Ergebnis zeigen dass das CBM Experiment Daten erzeugen kann mit Hilfe derer man für die “event-by-event” Fluktuationen eine Sensitivität im Bereich von 1% erreichen kann.

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Author:Dmytro KresanGND
Referee:Peter Senger, Herbert Ströbele
Document Type:Doctoral Thesis
Date of Publication (online):2010/04/20
Year of first Publication:2010
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2010/03/22
Release Date:2010/04/20
Institutes:Physik / Physik
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht