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Behruz Kardan

• In this thesis, the flow coefficients vn of the orders n = 1 − 6 are studied for protons and light nuclei in Au+Au collisions at Ebeam = 1.23 AGeV, equivalent to a center-of-mass energy in the nucleon-nucleon system of √sNN = 2.4 GeV. The detailed multi-differential measurement is performed with the HADES experiment at SIS18/GSI. HADES, with its large acceptance, covering almost full azimuth angle, combined with its high mass-resolution and good particle-identification capability, is well equipped to study the azimuthal flow pattern not only for protons, deuterons, and tritons but also for charged pions, kaons, the φ-mesons, electrons/positrons, as well as light nuclei like helions and alphas. The high statistics of more than seven billion Au-Au collisions recorded in April/May 2012 with HADES enables for the first time the measurement of higher order flow coefficients up to the 6th harmonic. Since the Fourier coefficient of 7th and 8th order are beyond the statistical significance only an upper bound is given. The Au+Au collision system is the largest reaction system with the highest particle multiplicities, which was measured so far with HADES. A dedicated correction method for the flow measurement had to be developed to cope with the reconstruction in-efficiencies due to occupancies of the detector system. The systematical bias of the flow measurement is studied and several sources of uncertainties identified, which mainly arise from the quality selection criteria applied to the analyzed tracks, the correction procedure for reconstruction inefficiencies, the procedures for particle identification (PID) and the effects of an azimuthally non-uniform detector acceptance. The systematic point-to-point uncertainties are determined separately for each particle type (proton, deuteron and triton), the order of the flow harmonics vn, and the centrality class. Further, the validity of the results is inspected in the range of their evaluated systematic uncertainties with several consistency checks. In order to enable meaningful comparisons between experimental observations and predictions of theoretical models, the classification of events should be well defined and in sufficiently narrow intervals of impact parameter. Part of this work included the implementation of the procedure to determine the centrality and orientation of the reaction. In the conclusion the experimental results are discussed, including various scaling properties of the flow harmonics. It is found that the ratio v4/v2 for protons and light nuclei (deuterons and tritons) at midrapidity for all centrality classes approaches values close to 0.5 at high transverse momenta, which was suggested to be indicative for an ideal hydrodynamic behaviour. A remarkable scaling is observed in the pt dependence of v2 (v4) at mid-rapidity of the three hydrogen isotopes, when dividing by their nuclear mass number A (A^2) and pt by A. This is consistent with naive expectations from nucleon coalescence, butraises the question whether this mass ordering can also be explained by a hydrodynamical-inspired approach, like the blast-wave model. The relation of v2 and v4 to the shape of the initial eccentricity of the collision system is studied. It is found that v2 is independent of centrality for all three particle species after dividing it by the averaged second order participant eccentricity v2/⟨ε2⟩. A similar scaling is shown for v4 after division by ⟨ε2⟩^2.
• In dieser Arbeit werden die Flusskoeffizienten vn der Ordnungen n = 1 − 6 für Protonen und leichte Kerne in Au+Au-Kollisionen untersucht. Die Messung erfolgte mit dem HADES-Experiment am SIS18/GSI bei einer Strahlenergie Ebeam = 1.23 AGeV, was einer Massenschwerpunktenergie im Nukleon-Nukleon-System von √sNN = 2.4 GeV entspricht. HADES, mit seiner großen Akzeptanz, die fast den gesamten Azimutwinkel abdeckt, kombiniert mit seiner hohen Massenauflösung und der guten Fähigkeit zur Teilchenidentifizierung, ist gut ausgestattet, um das azimutale Flussmuster nicht nur für Protonen, Deuteronen und Tritonen, sondern auch für geladene Pionen, Kaonen, der φ-Mesonen, Elektronen/Positronen, sowie leichte Kerne wie Helionen und Alphas zu studieren. Die hohe Statistik von mehr als sieben Milliarden Au-AuKollisionen, die im April/Mai 2012 mit HADES aufgezeichnet wurden, ermöglicht zum ersten Mal die Messung von Flusskoeffizienten bis zur sechsten Ordnung. Da die Fourier-Koeffizienten der siebten und achten Ordnung außerhalb der statistischen Signifikanz liegen, wird nur eine obere Grenze angegeben. Das Au+Au Kollisionssystem ist das größte Reaktionssystem mit den höchsten Teilchenmultiplikationen, die bisher mit HADES gemessen wurden. Eine Korrekturmethode für die Flussmessung musste entwickelt werden, um die durch die Auslastung des Detektorsystems bedingten Ineffizienzen zu bewältigen. Systematische Fehler in der Flussmessung werden untersucht und mehrere Quellen von Unsicherheiten identifiziert. Diese sind haupt-sächlich die Kriterien der Qualitätsauswahl für die zu analysierenden Teilchenspuren, dem Korrekturverfahren der Ineffizienzen, dem Verfahren zur Teilchenidentifizierung und die Auswirkungen einer ungleichmäßigen azimutalen Detektorakzeptanz. Die Systematischen Punktzu-Punkt-Unsicherheiten werden separat für jeden Teilchentyp (Proton, Deuteron und Triton), die Ordnung der Flusskoeffizienten vn und die Zentralitätsklasse bestimmt. Außerdem wird die Gültigkeit der Ergebnisse im Bereich ihrer abgeschätzten systematischen Unsicherheiten mit mehreren Konsistenzprüfungen überprüft. Um sinnvolle Vergleiche zwischen experimentellen Beobachtungen untereinander sowie mit Vorhersagen aus theoretischen Modellen zu ermöglichen, sollte die Klassifizierung der Ereignisse gut definiert sein und in ausreichendengen Intervallen des Impaktparameters. Ein Teil dieser Arbeit umfasst die Implementierung eines gut definierten Verfahrens zur Bestimmung der Zentralität und Ausrichtung der Reaktion. In der Schlussfolgerung werden die experimentellen Ergebnisse diskutiert, einschließlich verschiedener Skalierungseigenschaften der Flusskoeffizienten. Es kann festgestellt werden, dass das Verhältnis v4/v2 für Protonen und leichte Kerne (Deuteronen und Tritonen) in der Schwerpunkts-Rapidität für alle Zentralitätsklassen Werte nahe 0.5 bei hohen Transversalimpulses erreicht, was als Indiz auf ein ideales hydrodynamisches Verhalten gesehen werden kann. Eine bemerkenswerte Skalierung von v2 (v4) in Abhängigkeit des Transversalimpulsen in der Schwerpunkts-Rapidität ist beobachtbar für alle drei Wasserstoffisotope, wenn diese jeweils durch ihrer Kernmassenzahl A (A^2) dividiert und pt mit A. Dies steht im Einklang mit der naiven Erwartungen der Nukleonen Koaleszenz, wirft aber die Frage auf, ob diese Massenordnung auch mit einem hydrodynamisch inspirierten Ansatz, wie dem Blast-Wave Modell erklärbar ist. Die Beziehung von v2 und v4 in Relation zur initialen Form der Exzentrizität des Kollisionssystems wird untersucht. Es zeigt sich, dass v2 für alle drei Teilchen unabhängig von der Zentralität ist, nachdem durch die gemittelte Partizipanten-Exzentrizität zweiter Ordnung v2/⟨ε2⟩ dividiert wird. Eine ähnliche Skalierung kann auch für v4 nach Division durch ⟨ε2⟩^2 beobachtet werden.