Deuteron production in Au+Au collisions at 1.23A GeV

  • In April and May 2012 data on Au+Au collisions at beam energies of Ekin = 1.23A GeV were collected with the High Acceptance Di-Electron Spectrometer (HADES) at the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung facility in Darmstadt, Germany. In this thesis, the production of deuterons in this collision system is investigated. A total number of 2.1 × 109 Au+Au events is selected, containing the most central 0-40% of events. After particle identification, based on a mass determination via time-of-flight and momentum and on a measurement of the energy loss, the transverse mass spectra of the deuteron candidates are extracted for various rapidities and subsequently corrected for acceptance and efficiency. The inverse slope parameter of a Boltzmann fit applied to the transverse mass spectra at midrapidity, which is referred to as the effective temperature, is extracted. For a static thermal source, this parameter corresponds to the kinetic freeze-out temperature Tkin and is therefore expected to be smaller or equal to the chemical freeze-out temperature Tchem. The extracted effective temperature of Tef f = (190 ± 10) MeV however exceeds the chemical freeze-out temperature that was obtained by a statistical model fit to different particle yields. The effective temperatures of various particle species, obtained in previous analyses, suggest a systematic rise with increasing particle mass, which is confirmed by the deuteron results. An explanation can be the influence of a collective expansion with a radial expansion velocity βr. By fitting a Siemens-Rasmussen function to the transverse mass spectra, the global temperature of T = (100 ± 8) MeV and radial expansion velocity βr = 0.37 ± 0.01 are obtained. This temperature is still very high and only takes into account the production of deuteron nuclei. The simultaneous fit of a blast-wave function to the transverse mass spectra of deuterons and other particles, as obtained by previous analyses, considers a velocity profile for the radial expansion velocity and takes into account the production of various particle species. The resulting global temperature Tkin = (68 ± 1) MeV and average transverse expansion velocity hβri = 0.341 ± 0.003 are within the expected range for the collision energy. The Siemens-Rasmussen fits are also used to extrapolate the transverse mass spectra into unmeasured regions, to integrate them and obtain a rapidity-dependent count rate. This count rate exhibits a thermal shape for central events and shows increasing spectator contributions for more peripheral events. The invariant yield spectra of the deuterons are compared to those of protons, as obtained by a previous analysis, in the context of a nucleon coalescence model. The hereby extracted nucleon coalescence factor B2 = (4.6 ± 0.1) × 10−3 agrees with the expected result for the beam energy that was studied.
  • In April und Mai 2012 maß das an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung Anlage gelegene High Acceptance Di-Electron Spectrometer (HADES)-Experiment Daten bei der Kollision von Au+Au mit einer Strahlenergie von Ekin = 1.23A. In der vorliegenden Arbeit ist die Produktion von Deuteronen in diesem Kollisionssystem untersucht. Eine Gesamtzahl von 2.1 × 109 Au+Au events, welche die zentralsten 40% der Kollisionen enthält, wurde ausgewählt. Nach einer Teilchenidentifikation, welche auf einer Massenbestimmung an Hand von Flugzeit und Impuls sowie einer Messung des Energieverlustes basiert, wurden die transversalen Massenspektren der Deuteronen f¨r verschiedene Rapiditäten extrahiert und anschließend auf Akzeptanz und Effizienz korrigiert. Der inverse Steigungsparameter von Boltzmann fits, welche an die transversalen Massenspektren bei Schwerpunktsrapidität angepasst wurden, und der als effektive Temperatur bezeichnet wird, wurde extrahiert. Im Falle einer statischen, thermischen Quelle entspricht dieser Parameter der kinetischen Ausfriertemperatur Tkin und sollte aus diesem Grund niedriger oder gleich der chemischen Ausfriertemperatur Tchem sein. Die erhaltene effektive Temperatur Tef f = (190±10) MeV übersteigt jedoch die chemische Ausfriertemperatur, die durch das Anpassen eines statistischen Modells an verschiedene Teilchenerträge bestimmt wurde. Die effektive Temperatur verschiedener Teilchenspezien, wie sie in vorangehenden Analysen bestimmt wurden, suggerieren einen systematischen Anstieg mit steigender Teilchenmasse, was von den Deuteronergebnissen bestätigt wird. Eine Erklärung kann der Einfluss einer kollektiven Expansion mit radialer Expansionsgeschwindigkeit βr liefern. Durch das Anpassen einer Siemens-Rasmussen Funktion an die transversalen Massenspektren, wurden die globale Temperatur T = (100 ± 8) MeV und radiale Expansionsgeschwindigkeit βr = 0.37 ± 0.01 bestimmt. Diese Temperatur ist immernoch sehr hoch und berücksichtigt nur die Produktion der Deuteron-Nuklide. Das simultane Anpassen einer blast-wave Funktion an die transversalen Massenspektren der Deuteronen und der anderer Teilchen, bestimmt in vorangehenden Anaylsen, berücksichtigt ein Geschwindigkeitsprofil der radialen Expansionsgeschwindigkeit und die Produktion verschiedener Teilchenspezies. Die resultierende globale Temperatur Tkin = (68 ± 1) MeV und durchschnittliche transversale Expansionsgeschwindigkeit hβri = 0.341 ± 0.003 sind im erwarteten Rahmen für die betrachtete Kollisionsenergie. Die Siemens-Rasmussen Funktionen wurden zudem verwendet, um die transversalen Massenspektren in ungemessene Regionen zu extrapolieren, um sie anschließend zu integrieren und eine Zählrate in Abhängigkeit der Rapidität zu erhalten. Diese Zählrate weist für zentrale Kollisionen eine thermale Form auf und zeigt wachsende Spektatorenbeiträge für peripherere Events. Die invarianten Spektren der Deuteronen wurden im Kontext eines Nukleonen Koaleszenz Modells mit denen von Protonen verglichen, wie sie in einer vorangegangenen Analyse bestimmt wurden. Der hierbei erhaltene Nukleonen Koaleszens Parameter B2 = (4.6±0.1)×10−3 stimmt mit dem erwarteten Ergebnis für die betrachtete Strahlenergie überein.

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Metadaten
Author:Maximilian Zuschke
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-690805
URL:https://www.uni-frankfurt.de/96681571/Masterarbeit_Max_Zuschke.pdf
Publisher:Goethe Universität Frankfurt am Main, Fachbereich Physik, Institut für Kernphysik
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Christoph BlumeORCiDGND, Manuel LorenzGND
Advisor:Heidi Schuldes
Document Type:Master's Thesis
Language:English
Year of Completion:2017
Year of first Publication:2017
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2017/10/30
Release Date:2022/11/10
Page Number:91
Last Page:91
HeBIS-PPN:502434740
Institutes:Physik / Physik
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht