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Resistive Plate Chambers (RPCs) are gaseous parallel plate avalanche detectors that implement electrodes made from a material with a high volume resistivity between 10 high 7 and 10 high 12 omega cm. Large area RPCs with 2mm single gaps operated in avalanche mode provide above 98% efficiency and a time resolution of around 1 ns up to a flux of several kHz/cm high 2. These Trigger RPCs will, as an example, equip the muon detector system of the ATLAS experiment at CERN on an area of 3650 m high 2 and with 355.000 independent read out channels. Timing RPCs with a gas gap of 0.2 to 0.3mm are widely used in multi gap configurations and provide 99% efficiency and time resolution down to 50 ps. While their performance is comparable to existing scintillator-based Time-Of-Flight (TOF) technology, Timing RPCs feature a significantly, up to an order of magnitude, lower price per channel. They will for example equip the 176 m high 2 TOF barrel of the ALICE experiment at CERN with 160.000 independent read out cells. RPCs were originally operated in streamer mode providing large signals which simplifies readout electronics and gap uniformity requirements. However, high rate applications and detector aging issues made the operation in avalanche mode popular. This was also facilitated by the development of new highly quenching C2F4H2-based gas mixtures with small contents of SF6. While the physics of streamers is difficult to study, the avalanche mode opened the possibility for a detailed simulation of the detector physics processes in RPCs. Even though RPCs were introduced in the early eighties and have been (will be) used in experiments, there are still disagreements about the explanation of several aspects of the RPC performance. The high efficiency of single gap RPCs would require a large ionization density of the used gases, which according to some authors contradicts measurements. Even in the case of a large ionization density the gas gain has to be extremely large, in order to arrive at the observed RPC efficiency. This raises other questions: A very strong space charge effect is required to explain the observed small avalanche charges around 1 pC. Doubts have been raised whether an avalanche can progress under such extreme conditions without developing into a streamer. To overcome these difficulties, other processes, like the emission of an electron from the cathode, were suggested. Moreover, the shape of measured charge spectra of single gap RPCs differs largely from what is expected from the statistics of the primary ionization and the avalanche multiplication. In this thesis we discuss the detector physics processes of RPCs, from the primary ionization and the avalanche statistics to the signal induction and the read out electronics. We present Monte-Carlo simulation procedures that implement the described processes. While the fundament of the described model and some results were already published elsewhere [1], the subject of this thesis is the implementation of the space charge effect. We present analytic formulas for the electrostatic potential of a point charge in the gas gap of an RPC. These formulas were developed in collaboration with the University of Graz [2] and were published in [3, 4]. The simulation model presented in [1] is completed by the dynamic calculation of the space charge field using these formulas. Since the gas parameters like drift velocity and the Townsend and attachment coefficients depend on the electric field, they are calculated dynamically as well. The functional dependence of these parameters on the field is obtained with the simulation programs MAGBOLTZ and IMONTE. For the primary ionization parameters, we use the values that are predicted by the program HEED. While the described procedure only simulates the longitudinal avalanche development towards the anode of the RPC, we also present more dimensional models that allow a careful study of the transverse repulsive and attractive forces of the space charge fields, and of the consequences for the avalanche propagation. We shall show that the efficiencies of single gap Timing RPCs is indeed explained by the high primary ionization density (about 9.5 /cm as predicted by HEED) and a large effective Townsend coefficient (around 113 /mm as predicted by IMONTE). We show that the space charge field reaches the same magnitude as the applied electric field in avalanches at large gas gain. This strong space charge effect effectively suppresses large values for the avalanche charges. The shape of the simulated charge spectra is very similar to the measurements. Also the simulated average charges are close to the experimental results. RPCs are operated in a strong space charge regime over a large range of applied voltage, contrary to wire chambers. We apply only standard detector physics simulations to RPCs. The performance of Timing and Trigger RPCs is well reproduced by our simulations. The results concerning the space charge effect were presented and discussed at the 'RPC 2001' workshop [5] and on the '2002 NSS/MIC' conference [6].

Results on charged kaon and negatively charged pion production and spectra for centrality selected Pb+Pb mininimum bias events at 40 and 158A GeV have been presented in this thesis. All analysis are based on data taken by the NA49 experiment at the accelerator Super Proton Synchrotron (SPS) at the European Organization for Nuclear Research (CERN) in Geneva, Switzerland. The kaon results are based on an analysis of the mean energy loss <dE/dx> of the charged particles traversing the detector gas of the time projection chambers (TPCs). The pion results are from an analysis of all negatively charged particles h- corrected for contributions from particle decays and secondary interactions. For the dE/dx analysis of charged kaons, main TPC tracks with a total momentum between 4 and 50 GeV have been analyzed in logarithmic momentum log(p) and transverse momentum pt bins. The resulting dE/dx spectra have been fitted by the sum of 5 Gaussians, one for each main particle type (electrons, pions, kaons, protons, deuterons). The amplitude of the Gaussian used for the kaon part of the spectra has been corrected for efficiency and acceptance and the binning has been transformed to rapidity y and transverse momentum pt bins. The multiplicity dN/dy of the single rapidity bins has been derived by summing the measured range of the transverse momentum spectra and an extrapolation to full coverage with a single exponential function fitted to the measured range. The results have been combined with the mid-rapidity measurements from the time-of-flight detectors and a double Gaussian fit to the dN/dy spectra has been used for extrapolation to rapidity outside of the acceptance of the dE/dx analysis. For the h- analysis of negatively charged pions, all negatively charged tracks have been analyzed. The background from secondary reactions, particle decays, and gamma-conversions has been corrected with the VENUS event generator. The results were also corrected for efficiency and acceptance and the pt spectra were analyzed and extrapolated where necessary to derive the mean yield per rapidity bin dN/dy. The mean multiplicity <pi-> has been derived by summing up the measured dN/dy and extrapolating the rapidity spectrum with a double Gaussian fit to 4pi coverage. The results have been discussed in detail and compared to various model calculations. Microscopical models like URQMD and HSD do not describe the full complexity of Pb+Pb collisions. Especially the production of the positively charged kaons, which carry the major part of strange quarks, cannot be consistently reproduced by the model calculations. Centrality selected minimum bias Pb+Pb collisions can be described as a mixture of a high-density region of multiply colliding nucleons (core) and practically independent nucleon-nucleon collisions (corona). This leads to a smooth evolution from peripheral to central collisions. A more detailed approach derives the ensemble volume from a percolation of elementary clusters. In the percolation model all clusters are formed from coalescing strings that are assumed to decay statistically with the volume dependence of canonical strangeness suppression. The percolation model describes the measured data for top SPS and RHIC energies. At 40A GeV, the system size dependence of the relative strangeness production starts to evolve from the saturation seen at higher energies from peripheral events onwards towards a linear dependence at SIS and AGS. This change of the dependence on system size occurs in the energy region of the observed maximum of the K+ to pi ratio for central Pb+Pb collisions. Future measurements with heavy ion beam energies around this maximum at RHIC and FAIR as well as the upgraded NA49 successor experiment NA61 will further improve our understanding of quark matter and its reflection in modern heavy ion physics and theories.

Die Physik beschäftigt sich seit jeher mit der Frage nach dem Aufbau und der Struktur der Materie. Die Antworten änderten sich im Laufe der Zeit, der gegenwärtige Stand der Erkenntnis ist im sogenannten Standardmodell zusammengefasst. Dort werden die Elementarteilchen in Leptonen und Quarks unterteilt, die Wechselwirkungen zwischen ihnen beschreibt man durch vier fundamentale Kräfte: die Gravitation, die elektromagnetischen Kraft, die schwache und die starke Kernkraft. Gemäß dem Standardmodell sind Nukleonen, also Protonen und Neutronen, aus Quarks aufgebaut. Das Proton ist beispielsweise ein gebundener Zustand aus zwei up und einem down Quark. Die Nukelonen bilden ihrerseits die Atomkerne, welche die Systematik der Elemente bestimmen. Quarks treten in sechs verschiedenen Arten (flavours) auf: up, down, strange, charm, bottom und top. Freie Quarks konnten bislang nicht nachgewiesen werden, sie werden nur als Quark-Antiquark Paar (Meson) oder als Kombination aus drei Quarks (Baryon) beobachtet. Mesonen und Baryonen werden unter dem Begriff Hadronen zusammengefaßt. Die starke Kernkraft beruht letztlich auf der Wechselwirkung zwischen Quarks, diese wird durch die Quantenchromodynamik (QCD) beschrieben. Ähnlich der Glashow- Salam-Weinberg Theorie (GSW), die die elektromagnetische und die schwache Kernkraft beschreibt, ist die Quantenchromodynamik durch Austauschteilchen charakterisiert. Im Fall der GSW wurden die Photonen bzw. W± oder Z-Teilchen als Austauschteilchen identifiziert, in der QCD fungieren Gluonen als Austauschteilchen. Photonen vermitteln die elektromagnetische Kraft zwischen allen Teilchen, die elektrische Ladung tragen. Analog wirkt die Kraft, die durch den Austausch von Gluonen beschrieben wird, zwischen Teilchen, die eine Farbladung tragen. Anders als das neutrale Photon trägt das Gluon selbst Farbe und wechselwirkt daher mit anderen Teilchen, die Farbe tragen. Dieser Umstand zeigt bereits, dass in der QCD ganz andere Phänomene zu erwarten sind als in der GSW. Die Tatsache, dass Quarks nur in gebundenen Zuständen vorliegen, erschwert die direkte Beobachtung der Wechselwirkung zwischen ihnen. Ein indirekter Weg, um die Wirkungweise diese Kraft zu untersuchen, liegt in der Erzeugung hoher Kernmateriedichten und hoher Kerntemperaturen. Die Idee besteht darin, das Phasendiagramm von Kernmaterie experimentell zu bestimmen (Abbildung 1.3) und dann auf die zugrundeliegende Kraft zu schließen. Unter anderem führen die Kräfte, die zwischen den Einzelteilchen des Mediums herrschen, zu charakteristischen Phasenübergängen. Im Fall der Kernmaterie hofft man insbesondere, den Übergang von gebundenen Zuständen in eine Quark-Gluon-Plasma Phase (QGP), in der sich Quarks und Gluonen frei bewegen, zu beobachten. Zwei prominente Beispiele demonstrieren, warum die Eigenschaften dieses Materiezustandes - und ob er überhaupt existiert - auch für andere Teilgebiete der Physik von großem Interesse sind. Zum einen geht man davon aus, dass in der Frühphase des Universums, 10-12 s nach dem Urknall, die Energiedichte so hoch war, dass die Materie in einem Plasmazustand vorlag. In diesem Bild führt die Expansion des Raumes zu einer Abkühlung des Plasmas und schließlich zum Ausfrieren in Hadronen. Zum anderen zeigen viele Modellstudien, dass im Innern von Neutronensternen mit extremen Dichten zu rechnen ist. Unter Umständen werden Energiedichten erreicht, die hoch genung sind, um einen Phasenübergang in ein Quark Gluon Plasma zu erzwingen. Die Beschreibung dieser astronomischen Objekte setzt somit auch die Kenntnis der Kräfte zwischen den Quarks voraus. Der einzige Weg, dichte Kernmaterie im Labor zu erzeugen, stellen Schwerionenreaktionen dar. Wenn zwei ultrarelativistische schwere Kerne zentral kollidieren, entsteht für kurze Zeit eine Region hoher Energiedichte (Abbildung 1.1). QCD-Gitter-Rechnungen deuten darauf hin, dass die Dichte, die man in Schwerionreaktion gegenwärtig erreicht, hoch genung ist, um einen Übergang der Kernmaterie in eine Plasma-Phase zu erzwingen. Aufgrund des hohen Drucks expandiert die verdichtete, heiße Kernmaterie in longitudinaler (entlang des Strahls) und transversaler (senkrecht zum Strahl) Richtung und die Dichte nimmt ab. Vorausgesetzt am Anfang der Reaktion wurde ein Quark-Gluon-Plasma erzeugt, dann friert diese Phase in Hadronen aus (chemisches Ausfrieren), wenn Dichte und Temperatur einen kritischen Wert unterschreiten. Die erzeugten Hadronen wechselwirken zunächst noch elastisch miteinander, d.h. die Impulse der Teilchen ändern sich, die Identität der Teilchen bleibt jedoch erhalten. Schließlich enden auch diese Wechselwirkungen (thermisches Ausfrieren), und die Teilchen verlassen die Reaktionszone (Abbildung 1.4). Der Ablauf einer solchen Schwerionenreaktion dauert einige 10-23s und ihre räumliche Ausdehnung liegt in der Größenordnung von 10-15m, damit ist die Reaktion selbst nicht beobachtbar. Nur der Endzustand, also die Identitäten und Impluse der emittierten Teilchen, kann bestimmt werden. Um den Ablauf der Reaktion zu rekonstruieren, ist man daher auf Modellrechnungen angewiesen. Aufgrund dieser Modellrechnungen wurden einige Observablen vorgeschlagen, die einen Phasenübergang kennzeichnen. Neben anderen Signaturen führt ein Phasenübergang wahrscheinlich zu einer verlängerten Emissionsdauer. Dieser Effekt kann möglicherweise durch die Analyse von Zwei-Teilchen-Korrelationen sichtbar gemacht werden. Ganz allgemein stellt die Untersuchung von Teilchenkorrelationen die einzige Möglichkeit dar, die raum-zeitlichen Strukturen während des thermischen Ausfrierens experimentell zu bestimmen. Korrelationen zwischen Teilchen, die von einer hinreichend kleinen Quelle emittiert werden, haben verschiedene Ursachen. Betrachtet man beispielsweise die Häufigkeitsverteilung der Impulsdifferenz zwischen zwei elektrisch gleich geladenen Teilchen, so stellt man fest, dass Paare mit geringer Impulsdifferenz weniger häufig vorkommen, als man anhand der Ein-Teilchen Impulsverteilung vorhersagen würde. Dieser Effekt ist auf die Abstoßung zwischen zwei elektrisch gleich geladenen Teilchen zurückzuführen, die mit kleiner Impulsdifferenz emittiert wurden. Eine weniger offensichtliche Korrelation wird durch den Quantencharakter identischer Teilchen verursacht. Zwei identische Bosonen, die im Phasenraum nahe beieinander liegen, können gemäß den Prinzipien der Quantentheorie nicht unterschieden werden. Die Wellenfunktion, die diesen Zwei-Teilchen-Zustand beschreibt, muß beim Vertauschen der Teilchen erhalten bleiben. Diese Forderung führt zu einem Interferenzterm in der Zwei-Teilchen Intensitätsverteilung. Diese Verteilung ist proportional zur Wahrscheinlichkeit, ein Teilchenpaar mit der Impulsdifferenz q zu messen. Berechnet man die Impulsdifferenzverteilung von Pionenpaaren und berücksichtig nur quanten- statistische Effekte, so findet man, dass Paare mit geringem Impulsunterschied bis zu zweimal häufiger vorkommen, als man aufgrund einfacher statistischer Überlegungen erwarten würde. Um diesen Effekt experimentell sichtbar zu machen, konstruiert man die Korrelationsfunktion, die die gemessene Impulsdifferenzverteilung in Relation zu einer Untergrundverteilung setzt. Experimentell gewinnt man diese Referenzverteilung, indem Paare aus Spuren aus verschiedenen Ereignissen gebildet werden. Die Referenzverteilung entspricht damit der Verteilung, die man messen würde, wenn die Teilchen nicht der Quantenstatistik unterlägen. Die Korrelationsfunktion wird im allgemeinen durch eine Gauß-Funktion angenähert. Das Inverse der Standardabweichung dieser Funktion wird nach den Pionieren der Intensitätsinterferometrie R. Hanbury Brown und R. Twiss als HBT-Radius bezeichnet. Teilchen interferieren nur dann, wenn sie im Phasenraum nahe beieinander liegen, das heißt sowohl die Impulsdifferenz als auch der räumliche Abstand muß hinreichend klein sein. Diese Bedingung kann genutzt werden, um von der gemessenen Korrelationsfunktion, die nur auf den Impulskomponenten basiert, auf die räumliche Verteilung der Teilchenproduktion zu schließen. Eine detaillierte Betrachtung erlaubt sogar, aufgrund der gemessenen Korrelationsfunktion quantitative Aussagen über die räumlichen Aspekte der Teilchenquelle zu machen. Beispielsweise können im Rahmen eines Modells die Stärke der transversalen Expansion oder die Emissionsdauer in Relation zu den HBT-Radien gesetzt werden. In Kapitel 2 sind die Grundlagen der Teilcheninterferometrie ausführlicher dargestellt. Der eigentliche Gegenstand dieser Arbeit ist experimentelle Analyse der Zwei- Teilchen-Korrelationen in einer Schwerionenreaktion. Dazu wird zunächst in Kapitel 3 das STAR Experiment am RHIC vorgestellt, in dem die Daten aufgezeichnet wurden, die Grundlage dieser Analyse sind. Am RHIC-Beschleuniger am BNL in den USA werden AuAu Kollisionen bis zu einer Schwerpunktsenergie von Wurzel aus SNN=200 GeV erzeugt. Figur 3.1 zeigt den Beschleuniger-Ring und die vier Experimente Brahms, Phenix, Phobos und STAR. Der hier analysierte Datensatz wurde bei der Datennahme im Jahr 2000 aufgezeichnet. Zu dieser Zeit wurde am RHIC eine Schwerpunktsenergie von Wurzel aus SNN=130 GeV erreicht. Bei einer zentralen AuAu Kollision werden mehrere Tausend Teilchen produziert. Der STAR Detektor ist dafür konzipiert, hadronische Teilchen kleiner Rapidität (d.h. großer Winkel zur Strahlachse) zu messen, innerhalb der Akzeptanz werden etwa 80% der produzierten geladenen Teilchen nachgewiesen. Der schematische Aufbau des STAR Detektorsystems ist in Figur 3.2 dargestellt. Der zentrale Detektor ist eine TPC (Zeit-Projektions-Kammer). Dieser Detektor basiert darauf, dass geladene Teilchen beim Durchgang durch ein Messgas eine Spur von Ionen hinterlassen. Ein starkes elektrisches Feld driftet die Elektronen, die bei den Ionisationsprozessen freigesetzt wurden, zu einer Ausleseebene. Der Punkt, an dem die Elektronen auf der Ausleseebene ein Signal erzeugen, entspricht der Projektion des Ionisationpunktes auf die Ausleseebene. Die dritte Komponente, die den Raumpunkt der Ionisation festlegt, ist durch die Driftzeit bei bekannter Driftgeschwindigkeit gegeben. So erscheint eine Teilchenspur als eine Kette von Ionisationspunkten im Detektorgas. Ein magnetisches Feld parallel zur Strahlachse führt zu einer Ablenkung der geladenen Teilchen. Die Krümmung der Spur ist dabei umgekehrt proportional zum transversalen Impuls. Abbildung 3.6 zeigt ein typisches Ereignis mit etwa 105 Ionisationspunkten und den entsprechenden Teilchenspuren. Der spezifische Energieverlust eines Teilchens beim Durchgang durch das Messgas hängt von seinem Impuls und seiner Masse ab. Die Stärke des auf der Ausleseebene induzierten Signals erlaubt den spezifischen Energieverlust zu bestimmen. Da der Impuls durch die Krümmung der Spur bekannt ist, kann so die Masse und damit die Identität des Teilchens bestimmt werden (siehe Abbildung 3.7). In Kapitel 4 wird der Datensatz beschrieben, der als Grundlage für diese Analyse dient. Während der Datennahme werden die digitalisierten Daten der TPC auf ein Speichermedium geschrieben. Der erste Schritt bei der Rekonstruktion der Ereignisse besteht darin, die Ionisationspunkte zu lokalisieren. Dies leistet der Clusterfinder- Algorithmus, der in Kapitel 4.1.1 beschrieben ist. Die Spurpunkte werden dann durch den Tracking-Algorithmus zu Teilchenspuren verbunden. Die erreichte Effizienz, Akzeptanz und Impulsauflösung der Rekonstruktion sind in Kapitel 4.1.2 zusammengefaßt. Die Zwei-Teilchen-Korrelationen werden nur für zentrale Kollisionen betrachtet, das sind Ereignisse mit kleinem Stoßparameter. Die Multipliztät der gemessenen Spuren ist in erster Näherung ein Maß für die Zentralität des Ereignisses. Für diese Analyse werden nur die 12% zentralsten Ereignisse zugelassen. Die Selektion der Ereignisse ist in Kapitel 4.2 beschrieben. Die Auswahl der Spuren, die in der Analyse verwendet werden, ist in Kapitel 4.3 beschrieben. Es werden nur Spuren zugelassen, deren Impulse in einem Bereich hinreichend hoher Akzeptanz und Effizienz liegen. Außerdem werden die Spuren ausgewählt, die mit hoher Wahrscheinlichkeit von Pionen stammen. Eine weitere Auswahl wird auf der Paarebene getroffen. Die Korrelationsfunktion wird in einzelnen Intervallen transversalen Paarimpulses kt und Paarrapidität Yðð gebildet. Damit kann die Abhängigkeit der HBT-Radien von diesen Größen dargestellt werden. Zwei weitere Auswahlkriterien sollen die Qualität der Spurpaare garantieren. Zum einen werden solche Paare verworfen, die im Detektor zu nahe beieinander liegen. Für die HBT-Analyse sind Paare mit geringem Impulsunterschied entscheidend, ein geringer Impulsunterschied heißt notwendigerweise, dass die Spuren räumlich nicht sehr weit getrennt sind. Wenn die Spuren aber zu nahe liegen, können sie vom Detektor und von der Rekonstruktionskette nicht mehr aufgelöst werden. Damit verliert man einen Teil der Paare in der Signalverteilung, nicht aber in der Untergrundverteilung, da in diesem Fall die endliche Zwei-Spur-Auflösung keine Rolle spielt. Um die Korrelationsfunktion nicht durch einen Detektoreffekt zu verfälschen, entfernt man die Paare, die im Detektor nahe beieinander liegen, sowohl in der Signal- als auch in der Untergrundverteilung. Ein weiteres Problem stellen "gebrochene" Spuren dar. In einigen Fällen wird eine Teilchenspur von der Rekonstruktionskette nicht als Ganzes erkannt, vielmehr werden zwei Spurstücke im Dektor gefunden. Da diese Spurstücke vom selben Teilchen stammen, haben sie eine sehr geringe Impulsdifferenz. Diese Paare können anhand ihrer Topologie im Detekor erkannt werden. Wie im Fall der begrenzten Zwei-Spur-Auflösung werden sie sowohl für die Signal- als auch für die Untergrundverteilung nicht zugelassen. In Kapitel 5 werden schließlich die Ergebnisse der Korrelationsanalyse dargestellt. Die Korrelationsfunktion wird in verschiedenen Parametrisierungen betrachtet. In der einfachsten Form betrachtet man nur den Betrag des Impulsdifferenzvektors. Dieser Ansatz bedeutet aber, dass der entsprechende HBT-Radius alle Raum-Zeit Komponenten mischt und damit nur wenig Aussagekraft bezüglich der Quellfunktion besitzt. Eine differenzierte Analyse in drei unabhängigen Komponenten ermöglichen die Pratt-Bertsch (PB) und die Yano-Koonin-Podgoretskii (YKP) Parametrisierung. Die beiden Parametrisierungen unterscheiden sich in der Zerlegung des Impulsdifferenzvektors in drei unabhängige Komponenten. Im ersten Fall bezeichnet man die Komponenten als qout, qlong und qside, im zweiten Fall als qpara, qperp und q0 (Kapitel 2.7 und 2.8). Die entsprechenden Korrelationsfunktionen sind in Gleichung 2.31 bzw. 2.34 gegeben. Die jeweiligen HBT-Radien Rout, Rlong und Rside bzw. Rpara, Rperp und R0 können in Relation zu den Parametern der Quellfunktion (Gleichung 2.43) gesetzt werden. Die beiden Parametrisierungen liefern im Prinzip die gleiche Information und die beiden Sätze von HBT-Radien können in Beziehung zueinander gesetzt werden (Gleichung 2.41). Beispielsweise entspricht der HBT-Radius R0 in der YKP-Parametrisierung in erster Näherung der Emissionsdauer, während in der PB- Parametrisierung diese Größe Verhältnis von Rout zu Rside abhängt. Zusätzlich zu den Radien enthält die YKP-Parametrisierung einen Parameter ß, der erlaubt, die longitudinale Geschwindigkeit des betrachteten Quellelementes zu bestimmen. Die Abbildungen 5.7 bis 5.10 zeigen die HBT-Radien beider Parametrisierungen in Abhänigigkeit vom transversalen Paarimpuls kt und von der Paarrapidität Yðð. Die Größe der gemessenen Radien bewegt sich zwischen 3 und 7 fm. Nur der Radius R0 verschwindet in den meisten kt-Yðð Intervallen. Die anderen Radien nehmen mit steigendem kt ab und sind unabhängig von Yðð . Abbildung 5.11 demonstriert, dass die beiden Parametrisierungen -dort wo sie vergleichbar sind- konsistente Ergebnisse liefern. Eine Diskussion der Ergebnisse schließt sich in Kapitel 6 an. Die Abhänigigkeit des Parameters ß von Yðð zeigt eine starke longitudinale Expansion an. Ein ähnliches Verhalten wurde bei niedrigeren Schwerpunktsenergien beobachtet, wo man allerdings eine schwächere longitudinale Expansion erwarten würde. Die Lebensdauer der Quelle, also die Zeit vom anfänglichen Überlapp der Kerne bis zum thermischen Ausfrieren, bestimmt die kt-Abhänigigkeit des Parameters Rlong. Dieser Zusammenhang wurde von Mahklin und Sinyukow formuliert, eine Anpassung der entsprechenden Funktion an die gemessene kt Abhänigigkeit von Rlong ergibt eine Lebensdauer von etwa 8 fm/c bei einer Ausfriertemperatur von etwa 126 MeV. Entsprechende Messungen bei niedrigeren Kollisionsenergien lieferten ähnliche Resultate. Die kt-Abhängigkeit des Parameters Rside ist mit der Stärke der transversalen Expansion gemäß Gleichung 6.3 verknüpft. Da die Relation nicht eindeutig ist, muß entweder eine feste Ausfriertemperatur angenommen werden oder es werden gleichzeitig Einteilchenspektren betrachtet, um die Mehrdeutigkeit zu eliminieren. Eine vorläufige Abschätzung ergibt eine mittlere transversale Expansions- geschwindigkteit von v ungefähr gleich 0.6 und einen gemetrischen Radius von RG ungefähr gleich 7.4 fm . Auch diese Ergebnisse sind vergleichbar mit entsprechenden Resultaten bei niedrigeren Kollisionsenergien. Ein weiterer Parameter der Quellfunktion ist die Emissionsdauer. Die Pionen werden nicht zu einem festen Zeitpunkt emittiert, man geht vielmehr davon aus, dass die Zeitpunkte der letzten elastischen Wechselwirkung in der Quelle gaußförmig verteilt sind. Den Mittelwert dieser Verteilung bezeichnet man als Lebensdauer der Quelle, die Breite als Emissionsdauer. Entsprechend Gleichung 6.4 bzw. 6.5 ist die Emissionsdauer mit dem Radius R0 bzw. dem Verhältnis Rout zu Rside verbunden. Wie in Abbildung 5.8 ersichtlich verschwindet der Parameter R0 , außer im kleinsten kt Intervall. Dies entspricht in der PB-Parametrisierung der Tatsache, dass das Verhältnis Rout zu Rside bei hohen kt kleiner als eins ist. Diese Resultate sind nicht vereinbar mit herkömmlichen Modellen. Insbesondere weil eine verlängerte Emissionsdauer als Signatur für die Bildung eines Quark-Gluon-Plasmas vorgeschlagen wurde, wird dieses Ergebnis derzeit intensiv diskutiert. Die Ergebnisse dieser Analyse sind sowohl mit bereits publizierten Daten der STAR Kollaboration als auch mit Resultaten von anderen RHIC Experimenten verträglich (siehe Abbildung 6.8). In Abbildung 6.9 ist die Abhängigkeit der HBT-Radien von kt bei verschiedenen Schwerpunktsenergien dargestellt. Im Gegensatz zu vielen anderen Observablen ändern sich die HBT Radien nur geringfügig. Da man erwartet, dass die Reaktion bei hohen Energien vollkommen anders abläuft, würde man auch davon ausgehen, dass sich die Ausfrierbedingungen ändern. Dass dies nicht in den Zwei-Teilchen- Korrelationen sichtbar wird, deutet darauf hin, dass die Näherungen die notwendig sind, um die gemessenen Radien mit Modellparametern zu verbinden, nicht gültig sind. Die Systematik der HBT Parameter als Funktion der Schwerpunktsenergie enthält damit keinen direkten Hinweis, dass die kritische Energiedichte überschritten wurde, ab der die Kernmaterie in einer Plasmaphase vorliegt. Andererseits werden weder die verschwindende Emissionsdauer noch die Tatsache, dass die anderen HBT-Parameter sich nur wenig mit der Schwerpunktsenergie ändern, als Argument dafür gewertet, dass die kritische Energiedichte nicht überschritten wurde. Die Frage, ob ein Quark- Gluon-Plasma im Labor erzeugt und analysiert werden kann, bleibt damit offen. Das thermische Ausfrieren einer Pionenquelle scheint hingegen anders zu verlaufen, als bisher angenommen wurde. Systematische Studien der Korrelationsfunktion in AA Kollisionen am RHIC in Kombination mit Fortschritten im theoretischen Verständnis der Teilcheninterferometrie in Schwerionenreaktion werden in Zukunft hoffentlich erlauben, die gemessenen Radien in ein konsistentes Bild einzuordnen. In zukünftigen Experimenten am LHC werden noch weit höhere Dichten erreicht als bisher, damit sollten sich auch die Ausfrierbedingungen stark verändern. Es wird sich dann zeigen, ob die Teilcheninterferometrie das geeignete Instrument ist, um die Quellfunktion einer Schwerionenreaktion zu messen.

In ultrarelativistischen Schwerionenkollisionen ist es möglich, Dichten und Temperaturen von hochangeregter Kernmaterie zu erreichen, die einen Übergang einer hadronischen Phase in eine partonische Phase zur Folge haben. Der Einschluss von Quarks und Gluonen in den Hadronen hebt sich auf, so dass sie sich quasi frei bewegen (Quark-­Gluon-­Plasma). Gitter-­QCD-­Rechnungen zu Folge kann dieser Zustand bei einer zentralen 208 Pb 208 Pb-­Kollision am CERN-­SPS mit den dort zur Verfügung stehenden Einschussenergien erreicht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Delta(1520)­Produktion in p p und zentralen Pb Pb-­Kollisionen bei 158 GeV/Nukleon. Diese Untersuchung wurde im Rahmen des NA49-­Experimentes durchgeführt und basiert auf den Analysemethoden zur Rekonstruktion der invarianten Masse anhand von jeweis 400000 p p­ und Pb Pb-­Ereignissen. Die gesamte Phasenraum-­Akzeptanz der NA49-­Spurendriftkammern liegt bei etwa 1200 nachgewiesenen geladenen Reaktionsprodukten, für das Delta(1520), das zu 22.5 % in ein Proton und ein negativ geladenes Kaon zerfällt, bei etwa 80 %. Da der Endzustand zu 90 % aus Pionen besteht, wird eine Teil­ chenidentifikation zur Reduzierung des kombinatorischen Untergrundes notwendig. Der mit einer Auflösung von besser als 5 % gemessene spezifische Energieverlust erlaubt eine Reduktion der Kombinationen um einen Faktor 11 bei einem Signal­ verlust von einem Faktor 2. Zur Extraktion des Signals vom kombinatorischen Untergrund wird dieser durch ein Mischverfahren erzeugt, bei dem die Kandidaten aus unterschiedlichen Ereignissen miteinander kombiniert werden und vom Origi­ nalspektrum subtrahiert werden. Die Analyse der Pb Pb­Daten stellt eine große Herausforderung an das Verfahren, da das Signal­zu­Untergrundverhältnis von et­ wa 1/600 im Vergleichz u der p p­Datenanalyse sehr klein ist, bei der es bei 1/6 liegt, und somit das subtrahierte Spektrum von der genauen Beschreibung des kombinatorischen Untergrundes abhängt. Dabei hat sich gezeigt, dass ein für die p p­Analyse entwickeltes spurmultiplizitätsabhängiges Mischen die Form des Untergrundes im Maximum der Verteilung besser beschreiben kann als ein Mischen der nur benachbarten Ereignisse. Dies lässt sich jedoch nicht auf die Pb Pb­Analyse übertragen. Nach vielen Untersuchungen bleibt in dem Signalspektrum eine syste­ matische Struktur zurück, die allein von der Anzahl der Kombinationen abhängt und durch die Mischmethode und die Form des Originalspektrums gegeben ist. Eine große Herausforderung der Pb Pb­Analyse ist das Nichtvorhandensein ei­ nes signifikanten Signals im invarianten Massenspektrum, so dass der Einfluss der nötigen Qualitäts­ und Auswahlkriterien nicht direkt an dem Verhalten des Signals untersucht werden kann. Die Teilchenidentifikationskriterien wurden zur sinnvollen Optimierung des Signal­zu­Untergrundverhältnisses aus den dE/dx­Spektren her­ geleitet und zur Kontrolle an dem #­Signal überprüft. Die Optimierung von Signal S zu Untergrund BG erfolgt über die Signifikanz, die sich nach S/Wurzel aus B*G berechnet. Die Einträge des Signals werden mit den Korrekturfaktoren aus einer Simulati­ on auf die gesamte Phasenraum­Akzeptanz zu einer totalen Multiplizität hochgerechnet. Dabei ergibt sich aus der p p­Datenanalyse eine totale Multiplizät des Delta(1520) von 0.0121 ± 0.0020 ± 0.0010, die in guter Übereinstimmung mit den bisher veröffentlichten Literaturdaten liegt. Die Pb Pb­Datenanalyse liefert für die Multiplizät eine Abschätzung der oberen Grenze von 1.4 bei einem Confidence Level von 95 % (2#). Aus den Modellvorhersagen von Becattini ergibt sich eine Multiplizät von 3.5 für den chemischen Freeze­out. Nach den Rechnungen von UrQMD erfahren die Zer­ fallsprodukte des Delta(1520) bis zum thermischen Freeze­out noch Wechselwirkungen unter Energie­ und Impulsaustausch. Dies führt dazu, dass sich diese Teilchen nicht mehr zur invarianten Massen des Delta(1520) rekonstruieren lassen, was einen Verlust von 50 % darstellt. Damit hätten wir laut Becattini 1.7 nachweisbare Delta(1520). Eine weitere Möglichkeit liegt in der Theorie des dichten Mediums, in der die d­ Welle der Delta(1520)­Resonanz an das Medium koppelt und somit ihren Charakter verändert, was eine Verbreiterung oder eine Verschiebung des Signals zur Folge haben kann. Eine solche Signaländerung kann durch den direkten Vergleich der Si­ gnale der p p­Analyse mit der Pb Pb­Analyse im Bereich des statistischen Fehlers nicht bestätigt werden. Von der Experimentseite ist in ein paar Wochen noch mit der Verdopplung der Pb Pb­Datenz u rechnen, so dass diese Fragestellung mit besserer Statistik untersucht werden kann. Unter anderem kann auch die Phasenraumverteilung der Delta(1520)­Resonanz bestimmt werden, für die es bis jetzt noch keine Messung gibt. Zum zeitlichen Ende dieser Arbeit wurde mit vielen Spurfindungs­ und dE/dx­ Verbesserungen von 4.5 % auf etwa 3.5 % der dE/dx­Auflösung der Datensatz neu erstellt, der dann mit der hier angepassten Analyse untersucht wurde. Die Ana­ lyse brachte ein Delta(1520)­Signal mit einer Signifikanz von 6 hervor, aus dem sich eine Multiplizität von 1.45 ± 0.29 ± 0.14 berechnen ließ. Im wesentlichen zeigt dies, dass die hier besprochene Vorgehensweise der Optimierung eines nicht signi­ fikanten Signals erfolgreich ist, da sie direkt auf den neuen Datensatz übertragen werden konnte, um die beste Signifikanz des Signals zu erhalten. Die obere Grenzabschätzung ohne Signal und die neu berechnete Multiplizität aus dem Signal sind im Bereich ihrer Fehler konsistent, so dass die am Ende folgende Diskussion sich nicht unterscheidet, und dieses Signal einen schönen Abschluss gibt und die vorher berechnete obere Grenze bestätigt. Die Analyse von Delta(1520) war der Auslöser der Idee, open charm­Teilchen in NA49 zu messen. Der ebenfalls kleine Wirkungsquerschnitt der D­Mesonen liegt in der Größenordnung der Delta(1520)­Resonanz. Anhand einer Simulation wurde unter Ver­ wendung der gleichen Analysemethode, die zur Bestimmung der Multiplizität der Delta(1520) verwendet wurde, die Signifikanz für ein Signal oder eine obere Grenze abgeschätzt [Gaz00]. Dies führte weiterhinz u dem Vorschlag mit dem NA49­ Experiment eine größere Statistik an Pb Pb­Ereignissen aufzuzeichnen, um das Programm der Delta(1520) und der open charm­Messung fortzusetzen [Bot00], worauf in der Strahlzeit Herbst 2000 3.5 Millionen Ereignisse aufgezeichnet wurden.