530 Physik
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Exciting new scientific opportunities are presented for the PANDA detector at the High Energy Storage Ring in the redefined p¯¯¯p(A) collider mode, HESR-C, at the Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Europe. The high luminosity, L∼1031 cm−2 s−1, and a wide range of intermediate and high energies, sNN−−−√ up to 30 GeV for p¯¯¯p(A) collisions will allow to explore a wide range of exciting topics in QCD, including the study of the production of excited open charm and bottom states, nuclear bound states containing heavy (anti)quarks, the interplay of hard and soft physics in the dilepton production, probing short-range correlations in nuclei, and the exploration of the early, complete p¯¯¯-p- annihilation phase, where an initially pure Yang–Mills gluon plasma is formed.
Although the 12C(n,p)12B and 12C(n,d)11B reactions are of interest in several fields of basic and applied Nuclear Physics the present knowledge of these two cross-sections is far from being accurate and reliable, with both evaluations and data showing sizable discrepancies. As part of the challenging n_TOF program on (n,cp) nuclear reactions study, the energy differential cross-sections of the 12C(n,p)12B and 12C(n,d)11 B reactions have been measured at CERN from the reaction thresholds up to 30 MeV neutron energy. Both measurements have been recently performed at the long flight-path (185 m) experimental area of the n_TOF facility at CERN using a pure (99.95%) rigid graphite target and two silicon telescopes. In this paper an overview of the experiment is presented together with a few preliminary results.
i-TED is an innovative detection system which exploits Compton imaging techniques to achieve a superior signal-to-background ratio in (n,γ) cross-section measurements using time-of-flight technique. This work presents the first experimental validation of the i-TED apparatus for high-resolution time-of-flight experiments and demonstrates for the first time the concept proposed for background rejection. To this aim both 197Au(n,γ) and 56Fe(n,γ) reactions were measured at CERN n\_TOF using an i-TED demonstrator based on only three position-sensitive detectors. Two \cds detectors were also used to benchmark the performance of i-TED. The i-TED prototype built for this study shows a factor of ∼3 higher detection sensitivity than state-of-the-art \cds detectors in the ∼10~keV neutron energy range of astrophysical interest. This paper explores also the perspectives of further enhancement in performance attainable with the final i-TED array consisting of twenty position-sensitive detectors and new analysis methodologies based on Machine-Learning techniques.
Die extrem hohen Interaktionsraten, die mit dem CBM Experiment verfügbar sein werden, erlauben die Messung von einigen der herausfordensten Observablen im Feld der Schwerionenphysik. Im besonderen die Messung von Dileptonen im mittleren Massenbereich ist nahezu unmöglich für eine Vielzahl anderer Experimente, da die extrem kleinen Wirkungsquerschnitte der Produktionskanäle das Auftreten eines messbaren Ereignisses so selten machen, so dass es nicht möglich ist eine ausreichende Anzahl dieser Ereignisse zu messen. Hinzu kommt, dass speziell im Energiebereich des CBM Experiments bisher absolut keine Messdaten verfügbar sind, obwohl es zahlreiche Hinweise von theoretischer Seite und von Messungen bei größeren Kollisionsenergien darauf gibt, dass wir im Energiebereich des CBM Experiments bedeutende Entdeckungen machen k¨onnten. Eine solche Messung dieser Observable könnte einen direkten Zugang zu Informationen bezüglich eines potentiellen Phasenubergangs von hadronischer Materie (bzw. im Hadronengas) in den Zustand eines Quark-Gluonen Plasmas liefern. Zusätzlich bieten Dileptonen noch die Möglichkeit Indikatoren für eine Wiederherstellung der chiralen Symmetrie zu messen...
In dieser Arbeit wurde die Messung des Flusses von Protonen in Silber-Silber-Kollisionen bei 1:58 AGeV beschrieben. Dabei wurden drei verschiedene Flow Koeffzienten betrachtet, der gerichtete, der elliptische sowie der dreieckige Fluss.
Nachdem die Protonen zunächst anhand ihrer Masse identifziert wurden, wurde die Reaktionsebene rekonstruiert. Nachfolgend wurde das Vorgehen zur Bestimmmung der ersten drei Flow-Koeffzienten v1, v2 und v3 beschrieben. Diese wurden anschließend in Abhäangigkeit des Transversalimpulses und der Rapidität für vier Zentralitätsklassen im Bereich von 0 - 40% Zentralität dargestellt.
Da die Daten ebenfalls Silber-Kohlenstoff Reaktionen enthalten, weisen die Spektren eine Abweichung vom erwarteten Verlauf auf. Daher wurden diese Reaktionen anhand des in Abschnitt 3.1 beschriebenen Energieverhältnisses ERAT abgeschätzt und mit Hilfe eines Cut-Off Werts ausgeschlossen. Die daraus resultierenden Spektren konnten dadurch verbessert werden.
Im Fall der Gold-Gold Strahlzeit aus dem Jahr 2012 konnten neben Daten der hier diskutierten Flow-Koeffzienten v1, v2 und v3 ebenfalls Koeffzienten höherer Ordnung, v4 und v5, sowie Hinweise auf ein Auftreten von v6 gefunden werden.
Ähnliche Analysen könnten im Fall der Daten der Silber-Silber Kollisionen durchgeführt werden. Hier tritt zwar ein quantitativ kleinerer Fluss auf, da es sich bei den kollidierenden Nuklei um ein kleineres System handelt, jedoch treten im Vergleich zu Gold-Gold Kollisionen etwa zweifach so hohe Event-Raten auf. Somit kann mit der in dieser Arbeit beschriebenen Herangehensweise unter Verwendung der Daten der gesamten Strahlzeit untersucht werden, ob Hinweise auf Flow-Koeffzienten höherer Ordnung zu finden sind.
Außerdem sollte bei den bestehenden Ergebnissen eine Korrektur des Effekts der Occupancy des Detektors durchgeführt werden, da dieser wie in Abschnitt 3.2.1 beschrieben zu Verfälschungen des gemessenen Flusses führt. Dieser Effekt wird insbesondere im Fall des gerichteten Flusses v1 deutlich.
Des Weiteren ist eine Abschätzung der systematischen Fehler der Messungen erforderlich.
Dafür kann untersucht werden, welche Auswahlkriterien und Parameter die Messung beeinflussen, beispielsweise die Spurrekonstruktion und -selektion oder die Teilchenidentifikation. Unter Betrachtung der Auswirkungen auf die Ergebnisse der Flow-Koeffzienten kann die Analyse daraufhin mit Variationen dieser Werte durchgeführt werden. Somit kann der Bereich der systematischen Fehler abgeschätzt werden.
In dieser Arbeit wurde der spezifische Energieverlust im TOF Detektor genutzt, um leichte Kerne zu identifizieren. Da die gemeinsame Betrachtung aller Szintillatorstäbe bei der aktuellen Kalibrierung des TOF Detektors keine eindeutige Zuordnung ermöglicht, wurde der Energieverlust der einzelnen Stäbe individuell parametrisiert. So konnten Helium und sogar Lithium Kerne selektiert werden. Die Impulskorrektur hat für zweifach geladene Kerne, abgesehen von sehr hohen Impulsen, eine erfolgreiche Korrektur der Masse ermöglicht. Bei Lithium hingegen wurde der Impuls überkorrigiert, sodass die Masse zu niedrig rekonstruiert wurde.
Durch Optimierung der Impulskorrektur könnte zusammen mit einer verbesserten Kalibrierung des TOF Detektors ein sehr hohes Auflösungsvermögen erreicht werden. Daher sollte die systematische Impulskorrektur für hohe Impulse durch weitere Simulationen verbessert und der Energieverlust vor dem Auftreffen auf den META Detektor genauer untersucht werden. Optimalerweise würde zur Kalibrierung des TOF Detektors die Abhängigkeit des Energieverlustes vom Winkel, in welchem die Teilchen auf den Detektor treffen, berücksichtigt werden. Ziel ist es, alle Stäbe pro zurückgelegter Wegstrecke zu kalibrieren, sodass weder ein Unterschied durch den Einfallwinkel der Teilchen noch durch die verschiedenen Stablängen aufkommt. Folglich wäre eine sehr spezifische Teilchenselektion möglich.
In dieser Arbeit wurde zunächst schrittweise das Vorgehen beim Bau der TRD Prototypkammern , sowie die Maßnahmen zur Verbesserung der Kammerstabilität erklärt, um sicherzustellen, dass die erhobenen Messdaten zuverlässig sind. Es ist an dieser Stelle nochmals hervorzuheben, dass bereits kleine Veränderungen in der Bauweise einen großen Einfluss auf die Kammerstabilität haben.
Es wurde mit der Kammer 3 der Anodenstrom, die deponierte Photonenenergie und die Clusterrate gemessen. Anschließend wurden diese Daten ausgewertet und aus den Ergebnissen die Gasverstärkung berechnet. Die Auswertung bestätigt, dass die Kammer im Proportionalbereich betrieben wurde. Nach dem Vergleich der Gasverstärkungsfaktoren der Messung mit den simulierten Werten, zeigt sich dass die Messungen stärker als erwartet von den simulierten Werten abweichen.
Für weitere, genauere Aussagen wäre es interessant die Ergebnisse dieser Arbeit durch modifizierte Messungen zu uberprüfen. Dabei könnte der Einfluss verschiedener Gasdrucke innerhalb und außerhalb der Kammer sowie die Variation der Raumtemperatur auf die Gasverstärkung explizit untersucht werden. Außerdem wäre es von großem Interesse, Messungen mit verschiedenen Ar und CO2 und Xe und CO2 Mischverhältnissen durchzuführen, da der TRD im CBM Experiment mit Xe und CO2 betrieben werden soll, und der Gasverstärkungsfaktor ausschlaggebend für die angelegte Anodenspannung im laufenden Betrieb sein wird.
Das CBM-Experiment konzentriert sich auf die Untersuchung der Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas bei hohen Netto-Baryonendichten und moderaten Temperaturen. An der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR an der GSI findet das Experiment, neben vielen anderen Experimenten, ihren Platz. Der TRD ist, neben dem RICH, STS und TOF, einer der zentralen Detektoren im CBM-Experiment. Der TRD nutzt dabei den physikalischen Effekt der Übergangsstrahlung, die durch ein geladenes Teilchen beim Durchqueren einer Grenze zweier Medien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit entsteht, um Elektronen von Pionen trennen zu können. Im Jahr 2017 wurde an der DESY 4 TRD-Prototypen in einer Teststrahlzeit getestet. Dabei handelt es sich um große TRD-Module mit den Maßen 95 · 95 cm2 , was dem finalen Design sehr nahe kommt. Die Untersuchung der DESY-Daten in Kapitel 5 brachte große Problematiken in den Daten zum Vorschein. Die Hauptprobleme der DESY-Daten sind: 1) Bug des SPADIC-Chips 2.0, bei der FN-Trigger zeitlich verschoben wurden; 2) schwache und suboptimale Trigger-Bedingung, wodurch sehr viel Rauschen aufgenommen wurde. Die Daten müssen für weitere Auswertung aufbereitet werden, wobei sehr viel Information und Statistik verloren geht, da einige Daten durch diverse Probleme nicht mehr rekonstruierbar sind. Kapitel 6 beschäftigt sich mit der Simulation der Detektorantwort und geht genauer auf die einzelnen Schritte, die zur Simulation des vom SPADIC erzeugten Pulses benötigt werden, ein. Am Ende werden Ergebnisse aus beiden Datensätzen miteinander verglichen. Um einen optimalen Vergleich zu gewähren, wird die Simulation bestmöglich an die Einstellungen in der Teststrahlzeit angepasst. Hauptsächlich geht es um die Erhöhung des Gasgains und der Verschiebung der Peaking-Zeit des Pulses. Im Allgemeinen können wir in der Simulation einige Effekte, die auch in den DESY-Daten vorkommen, nachsimulieren. Wir erhalten zum Teil sehr unterschiedliche Ergebnisse in der Simulation, deren Richtigkeit nicht verifiziert werden kann, da die Daten aufgrund der Probleme unzuverlässig werden. Durch die Analyse der DESY-Daten konnten wir die Problematik in den Daten besser verstehen. Eine sinnvolle Anpassung der Simulation wird durch die Unzuverlässigkeit der DESY-Daten unmöglich. Für die Optimierung der Simulation müsste man einen Vergleich mit neueren, zuverlässigeren Daten aus zukünftigen Teststrahlzeiten nehmen.
Stored and cooled, highly-charged ions offer unprecedented capabilities for precision studies in the realm of atomic, nuclear structure and astrophysics[1]. After the successful investigation of the 96Ru(p,7)97Rh reaction cross section in 2009[2], the first measurement of the 124Xe(p,7)125Cs reaction cross section has been performed with decelerated, fully-ionized 124Xe ions in 2016 at the Experimental Storage Ring (ESR) of GSI[3]. Using a Double Sided Silicon Strip Detector, introduced directly into the ultra-high vacuum environment of a storage ring, the 125Cs proton-capture products have been successfully detected. The cross section has been measured at 5 different energies between 5.5AMeV and 8AMeV, on the high energy tail of the Gamow-window for hot, explosive scenarios such as supernovae and X-ray binaries. The elastic scattering on the H2 gas jet target is the major source of background to count the (p,7) events. Monte Carlo simulations show that an additional slit system in the ESR in combination with the energy information of the Si detector will enable background free measurements of the proton-capture products. The corresponding hardware is being prepared and will increase the sensitivity of the method tremendously.
Stored and cooled highly-charged ions offer unprecedented capabilities for precision studies in realm of atomic-, nuclear-structure and astrophysics. In context of the latter, after the successful investigation of the cross section of 96Ru(p,γ) in 2009, in 2016 the first measurement of the 124Xe(p,γ)125Cs reaction was performed at the Experimental Storage Ring (ESR) at GSI.
Impact parameter sensitive study of inner-shell atomic processes in Xe54+, Xe52+ → Xe collisions
(2020)
In this work, we present a pilot experiment in the experimental storage ring (ESR) at GSI devoted to impact parameter sensitive studies of inner shell atomic processes for bare and He-like xenon ions (Xe54+, Xe52+) colliding with neutral xenon gas atoms. The projectile and target x-rays have been measured at different observation angles for all impact parameters as well as for the impact parameter range of ∼35 - 70 fm.
We measured the Coulomb dissociation of 16O into 4He and 12C at the R3B setup in a first campaign within FAIR Phase 0 at GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt. The goal was to improve the accuracy of the experimental data for the 12C(α,γ)16O fusion reaction and to reach lower center-ofmass energies than measured so far.
The experiment required beam intensities of 109 16O ions per second at an energy of 500 MeV/nucleon. The rare case of Coulomb breakup into 12C and 4He posed another challenge: The magnetic rigidities of the particles are so close because of the same mass-to-charge-number ratio A/Z = 2 for 16O, 12C and 4He. Hence, radical changes of the R3B setup were necessary. All detectors had slits to allow the passage of the unreacted 16O ions, while 4He and 12C would hit the detectors' active areas depending on the scattering angle and their relative energies. We developed and built detectors based on organic scintillators to track and identify the reaction products with sufficient precision.
The electron-capture process was studied for Xe54+ colliding with H2 molecules at the internal gas target of the Experimental Storage Ring (ESR) at GSI, Darmstadt. Cross-section values for electron capture into excited projectile states were deduced from the observed emission cross section of Lyman radiation, being emitted by the hydrogenlike ions subsequent to the capture of a target electron. The ion beam energy range was varied between 5.5 and 30.9 MeV/u by applying the deceleration mode of the ESR. Thus, electron-capture data were recorded at the intermediate and, in particular, the low-collision-energy regime, well below the beam energy necessary to produce bare xenon ions. The obtained data are found to be in reasonable qualitative agreement with theoretical approaches, while a commonly applied empirical formula significantly overestimates the experimental findings.
The hot and dense QCD matter produced in nuclear collisions at ultrarelativistic energy is characterized by very intense electromagnetic fields which attain their maximal strength in the early pre-equilibrium stage and interplay with the strong vorticity induced in the plasma by the large angular momentum of the colliding system. A promising observable keeping trace of these phenomena is the directed flow of light hadrons and heavy mesons produced in symmetric and asymmetric heavy-ion collisions as well as in proton-induced reactions. In particular, the splitting of the directed flow between particles with the same mass but opposite electric charge as a function of rapidity and transverse momentum gives access to the electromagnetic response of medium in all collision stages and in the different colliding systems. The highest influence of the electromagnetic fields is envisaged in the pre-equilibrium stage of the collision and therefore a significant imprint is left on the early-produced heavy quarks. The aim of this review is to discuss the current developments towards the understanding of the generation and relaxation time of the electromagnetic fields embedded in both large and small systems and their impact on the charge-odd directed flow of light and heavy particles, highlighting the experimental results and the different theoretical approaches. Since it is possible to perform realistic simulations of high-energy collisions that incorporate also the generated electromagnetic fields and vorticity, the study of the directed flow can provide unique insight into the early nonequilibrium phase and the ensuing QGP formation and transport properties.
The cumulant ratios up to fourth order of the Z distributions of the largest fragment in spectator fragmentation following 107,124Sn+Sn and 124La+Sn collisions at 600 MeV/nucleon have been investigated. They are found to exhibit the signatures of a second-order phase transition established with cubic bond percolation and previously observed in the ALADIN experimental data for fragmentation of 197Au projectiles at similar energies. The deduced pseudocritical points are found to be only weakly dependent on the A/Z ratio of the fragmenting spectator source. The same holds for the corresponding chemical freeze-out temperatures of close to 6 MeV.The experimental cumulant distributions are quantitatively reproduced with the Statistical Multifragmentation Model and parameters used to describe the experimental fragment multiplicities, isotope distributions and their correlations with impact-parameter related observables in these reactions. The characteristic coincidence of the zero transition of the skewness with the minimum of the kurtosis excess appears to be a generic property of statistical models and is found to coincide with the maximum of the heat capacity in the canonical thermodynamic fragmentation model.
We study odd parity J=1/2 and J=3/2 Ξc resonances using a unitarized coupled-channel framework based on a SU(6)lsf×HQSS-extended Weinberg–Tomozawa baryon–meson interaction, while paying a special attention to the renormalization procedure. We predict a large molecular ΛcK¯ component for the Ξc(2790) with a dominant 0− light-degree-of-freedom spin configuration. We discuss the differences between the 3/2− Λc(2625) and Ξc(2815) states, and conclude that they cannot be SU(3) siblings, whereas we predict the existence of other Ξc-states, one of them related to the two-pole structure of the Λc(2595). It is of particular interest a pair of J=1/2 and J=3/2 poles, which form a HQSS doublet and that we tentatively assign to the Ξc(2930) and Ξc(2970), respectively. Within this picture, the Ξc(2930) would be part of a SU(3) sextet, containing either the Ωc(3090) or the Ωc(3119), and that would be completed by the Σc(2800). Moreover, we identify a J=1/2 sextet with the Ξb(6227) state and the recently discovered Σb(6097). Assuming the equal spacing rule and to complete this multiplet, we predict the existence of a J=1/2 Ωb odd parity state, with a mass of 6360 MeV and that should be seen in the ΞbK¯ channel.
The SU(3) spin model with chemical potential corresponds to a simplified version of QCD with static quarks in the strong coupling regime. It has been studied previously as a testing ground for new methods aiming to overcome the sign problem of lattice QCD. In this work we show that the equation of state and the phase structure of the model can be fully determined to reasonable accuracy by a linked cluster expansion. In particular, we compute the free energy to 14-th order in the nearest neighbour coupling. The resulting predictions for the equation of state and the location of the critical end points agree with numerical determinations to O(1%) and O(10%), respectively. While the accuracy for the critical couplings is still limited at the current series depth, the approach is equally applicable at zero and non-zero imaginary or real chemical potential, as well as to effective QCD Hamiltonians obtained by strong coupling and hopping expansions.
The production of the Λ(1520) baryonic resonance has been measured at midrapidity in inelastic pp collisions at s√=7 TeV and in p–Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV for non-single diffractive events and in multiplicity classes. The resonance is reconstructed through its hadronic decay channel Λ(1520) →pK− and the charge conjugate with the ALICE detector. The integrated yields and mean transverse momenta are calculated from the measured transverse momentum distributions in pp and p–Pb collisions. The mean transverse momenta follow mass ordering as previously observed for other hyperons in the same collision systems. A Blast-Wave function constrained by other light hadrons (π, K, K0S, p, Λ) describes the shape of the Λ(1520) transverse momentum distribution up to 3.5 GeV/c in p–Pb collisions. In the framework of this model, this observation suggests that the Λ(1520) resonance participates in the same collective radial flow as other light hadrons. The ratio of the yield of Λ(1520) to the yield of the ground state particle Λ remains constant as a function of charged-particle multiplicity, suggesting that there is no net effect of the hadronic phase in p–Pb collisions on the Λ(1520) yield.
This article reports measurements characterizing the Underlying Event (UE) associated with hard scatterings at midrapidity (|η| < 0.8) in pp collisions at s√ = 13 TeV. The hard scatterings are identified by the leading particle, the charged particle with the highest transverse momentum (pleadingT) in the event. Charged-particle number-densities and summed transverse-momentum densities are measured in different azimuthal regions defined with respect to the leading particle direction: Toward, Transverse, and Away. The Toward and Away regions contain the fragmentation products of the hard scatterings in addition to the UE contribution, whereas particles in the Transverse region are expected to originate predominantly from the UE. The study is performed as a function of pleadingT with three different pT thresholds for the associated particles, ptrackT > 0.15, 0.5, and 1.0 GeV/c. The charged-particle density in the Transverse region rises steeply for low values of pleadingT and reaches a plateau. The results confirm the trend that the charged-particle density in the Transverse region shows a stronger increase with s√ than the inclusive charged-particle density at midrapidity. The UE activity is increased by approximately 20% when going from 7 TeV to 13 TeV pp collisions. The plateau in the Transverse region (5 <pleadingT< 40 GeV/c) is further characterized by the probability distribution of its charged-particle multiplicity normalized to its average value (relative transverse activity, RT) and the mean transverse momentum as a function of RT. Experimental results are compared to model calculations using PYTHIA 8 and EPOS LHC. The overall agreement between models and data is within 30%. These measurements provide new insights on the interplay between hard scatterings and the associated UE in pp collisions.