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Mit dem Dileptonenspektrometer HADES (High Acceptance Di-Electron Spectrometer) sollen Dielektronen, die bei zentralen Au+Au-Kollisionen der Energie von bis zu 2 GeV/u entstehen, spektroskopiert werden. Zentrale Detektorkomponente ist ein Magnetspektrometer, bestehend aus einem toroidalem Magnetfeld und 24 Driftkammern, die zur Orts- und Impulsbestimmung durch Ablenkung im Magnetfeld verwendet werden. Hohe Raten minimal ionisierender Teilchen, eine Massenauflösung von 1% im Massenbereich von 800 (MeVc) exp -2 sowie eine sichere Signalerkennung und -zuordnung stellen höchste Anforderungen an das Spektrometer, insbesondere an die Driftkammern. Ziel dieser Arbeit ist das grundlegende Verständnis der Funktionsweise der Driftkammern, die bei HADES eingesetzt werden, dazu gehört: (a): das physikalische Verständnis der Funktionsweise, insbesondere - die genaue Kenntnis des Feldverlaufs innerhalb der Kammern, sowie die Eigenschaften des verwendeten Driftkammergases und - die Bestimmung des theoretisch maximal erreichbaren Ortsauflösungsvermögens der Driftkammern, (b): die technische Seite, die den Aufbau der Driftkammern untersucht. Dies ist besonders wichtig, da in den HADES-Simulationsrechnungen aufgrund der großen Anzahl individueller Drähte mit Folien äquivalenter Massen gerechnet wurde. Hilfsmittel zur Untersuchung dieser Fragestellungen waren einerseits Programme, die Monte-Carlo-Methoden verwenden, andererseits Experimente, die an einem Prototyp der HADES-Driftkammern durchgeführt wurden, wobei jedoch der Schwerpunkt dieser Arbeit auf den Simulationrechnungen liegt. Kapitel 1 gibt einen Überblick über die physikalische Motivation von HADES und beschreibt kurz die einzelnen Komponenten des Spektrometers und die Driftkammerphysik. Kapitel 2 geht auf den Aufbau der HADES-Driftkammern ein und stellt die mit Hilfe von Simulationsrechnungen gewonnenen Erkenntnisse über die Kammern vor. Kapitel 3 behandelt die Bestimmung der intrinsischen Auflöosung der Prototyp-Driftkammer. Da dies allein mit Hilfe von Quellenmessungen aufgrund der Vielfachstreuung nicht möglich ist, wurde der Anteil an Vielfachstreuung mit Simulationsrechnungen bestimmt. Kapitel 4 vergleicht die Erkenntnisse über das Verhalten der Driftkammern, die in Kapitel 2 gewonnen wurden, mit einem am SIS (Schwerionen-Synchrotron) gemachten Experiment. Abschließend wird das Modell einer Driftkammer mit realen Drähten mit dem Modell einer Driftkammer verglichen, in der die Drähte durch Folien äquivalenter Massenbelegung ersetzt wurden.
Lambda and Antilambda reconstruction in central Pb+Pb collisions using a time projection chamber
(1997)
The large acceptance time projection chambers of the NA49 experiment are used to record the trajectory of charged particles from Pb + Pb collisions at 158 GeV per nucleon. Neutral strange hadrons have been reconstructed from their charged decay products. To obtain distributions of Λ, and Ks0 in discrete bins of rapidity, y, and transverse momentum, pT, calculations have been performed to determine the acceptance of the detector and the efficiency of the reconstruction software as a function of both variables. The lifetime distributions obtained give values of cτ = 7.8 ± 0.6 cm for Λ and cτ = 2.5 ± 0.3 cm for Ks0, consistent with data book values.
Mit dem Dileptonenspektrometer HADES sollen Dielektronen aus Kern - Kern - Stößen in einem hadronischen Untergrund bei hohen Multiplizitäten untersucht werden. Die Ereignisrate von 106 pro Sekunde erfordert eine Auslese der Detektoren innerhalb von 10 mikrosek. Die erwarteten hohen Multiplizitäten führen zu einer hohen Granularität der Detektoren und damit auch der Ausleseelektronik. Durch die Verwendung mehrere Triggerstufen wird eine Aufteilung des Auslesesystems auf mehrere Stufen notwendig. Für die Auslese von ~ 26.000 Driftzellen in 24 Driftkammermodulen wurde ein an die Anforderungen des Detektorsystems angepaßtes Auslesekonzept entwickelt. Analoge Signalaufbereitung und Messung der Driftzeit werden direkt am Detektor auf zwei miteinander kombinierten Karten untergebracht. Die nötige Integrationsdichte im Digitalisierungsteil wird durch die Verwendung eines speziellen Zeitmeßverfahrens (TDC) erreicht, das auf Signallaufzeiten in Halbleiterschaltungen basiert. Im gleichen Chip befindet sich auch eine Datenübertragungseinheit, die in der Lage ist die Daten mit der erforderlichen Geschwindigkeit zu transferieren. Durch zwei weitere Module mit Speicher zum Puffern der Ereignisdaten wird den Anforderungen des Triggerkonzeptes Rechnung getragen. Dem verwendete Zeitmeßverfahren (Ringoszillator) ist eine Abhängigkeit der Zeitauflösung von Temperatur und Versorgungsspannung inherent. Ausführliche Messungen im Rahmen dieser Arbeit zeigen, daß die relativen Abhängigkeiten mit 0,2 Promille jedoch in einem Bereich liegen, in dem sie durch geeignete Maßnahmen kontrolliert werden können. Dazu zählen die regelmäßige Kalibrierung, sowie die Messung und Überwachung von Temperatur und Versorgungsspannung. Die Leistungsaufnahme des Auslesesystems liegt mit 5kW (total) noch um ca. einen Faktor zwei über den Spezifikationen. Sowohl die Tests des TDC Zeitmeßteils, als auch die Simulationen zeigen die Realisierbarkeit des Systems. Dies konnte auch durch Simulationen des gesamten Auslesesystems im Rahmen einer Projektstudie zum Triggerkonzept an der Universität Giessen nachgewiesen werden. Ein abschließender Funktionstest der Ausleseelektronik mit dem TDC an der Prototypdriftkammer im Labor ist gegenwärtig in Vorbereitung. Zur endgültigen Realisierung der Ausleseelektronik bedarf es noch der Reduzierung des Platzbedarfes sowie der Leistungsaufnahme. Zur Reduktion der Größe des Motherboardes wird eine mehrlagige Platine entwickelt. Für die Anbringung der Daughterboards ist eine platzsparende Geometrie vorgesehen. Die Reduktion der Leistungsaufnahme wird hauptsächlich durch neuere Entwicklungen bei den Daughterboards möglich. Auch die Verwendbarkeit des im Rahmen eines anderen Projektes entwickelten SAM - Modules als Konzentrator für die Driftkammerauslese ist zu untersuchen. Da diese Karte auch einen DSP enthält, ist entsprechende Software erforderlich. Die Segmentierung des modularen Spektrometersystems erlaubt den endgültigen Aufbau in mehreren Schritten. Vorgesehen ist, zunächst nur einzelne Segmente oder einzelne Ebenen der Driftkammern aufzubauen, und das komplette System erst zu einem spätern Zeitpunkt in Betrieb zu nehmen. Einzelne Komponenten können durch Neuentwicklungen ersetzt werden.
Untersuchungen von evolutionären Algorithmen zum Training neuronaler Netze in der Sprachverarbeitung
(1997)
Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurde die Leistungsfähigkeit von evolutionären Algorithmen zum Training von RNN untersucht und mit gradientenbasierten Trainingsalgorithmen verglichen. Die Zielsetzung war dabei im besonderen die Prüfung der Verwendbarkeit in der Sprachverarbeitung, speziell der Spracherkennung. Zunächst wurde anhand eines Prädiktionsproblems die prinzipielle Leistungsfähigkeit von EA untersucht, indem ein MLP mit unterschiedlichen evolutionären Algorithmen trainiert wurde. Verschiedene Varianten von GA und ES sind an diesem Beispiel getestet und miteinander verglichen worden. Im Rahmen der Untersuchungen an GA stellte sich heraus, daß eine Mindestgenauigkeit der Quantisierung zur Lösung erforderlich ist. Es zeigt sich, daß die Genauigkeit der Approximation mit abnehmendem Quantisierungsfehler besser wird. Damit ist eine Behandlung dieses Problems mit grob quantisierten Gewichten nachteilig. Demgegenüber profitiert ES sowohl in der Approximationsgenauigkeit, als auch in der Konvergenzgeschwindigkeit von der direkten Darstellung der Objektvariablen als reelle Zahlen. Weiterhin zeigte sich bei ES, daß die Genauigkeit einer Lösung auch von der Populationsgröße abhängig ist, da mit wachsender Populationsgröße der Parameterraum besser abgetastet werden kann. Im Vergleich mit ES benötigten GA längere Konvergenzzeiten und bedingten zudem aufgrund der Codierung und Decodierung einen höheren Rechenaufwand als ES, so daß die Untersuchungen an RNN nur mit ES durchgeführt wurden. Zunächst wurde mit dem Latching-Problem eine, in der Komplexität eng begrenzte, Klassifikationsaufgabe mit Zeitabhängigkeiten untersucht. Die zur Verfügung gestellte Information war bei diesem Beispiel sehr gering, da der Fehler nur am Ende einer Mustersequenz berechnet wurde. Es stellte sich heraus, daß selbst bei dieser sehr einfachen Aufgabenstellung die gradientenbasierten Verfahren nach dem Überschreiten einer maximalen Mustersequenzlänge T keine Lösung finden konnten. Im Gegensatz dazu war ES in der Lage, das Problem für alle gemessenen Variationen des Parameters T zu lösen. Erst wenn während des Trainings dem Gradientenverfahren zusätzliche Informationen durch Fehlereinspeisung zur Verfügung gestellt wurde, hatte der BPTT-Algorithmus die selbe Leistungsfähigkeit. Als weiteres Experiment mit Zeitabhängigkeiten wurde das Automaton-Problem un- tersucht, welches mittels eines RNN gelöst werden sollte. Bei diesem Problem wurde besonderer Wert auf die Untersuchung des Konvergenzverhaltens bei Änderungen der Parameter von ES gelegt. Die Untersuchungen ergaben, daß die einzelnen Parameter in komplexer Weise miteinander interagieren und nur eine gute Abstimmung aller Parameter aufeinander eine befriedigende Leistung in Bezug auf Konvergenzgeschwindigkeit und Klassifikationsergebnis erbringt. Wie bei dem Latching-Problem wurde der Fehler nur am Ende einer Mustersequenz berechnet. Dies bewirkt, daß der BPTT-Algorithmus bereits bei Sequenzlängen von T = 27 nicht mehr in der Lage ist, die Zeitabhängigkeiten in dem Gradienten zu repräsentieren. Mit ES dagegen konnten RNN trainiert werden, die in der Lage sind, Sequenzlängen bis zu T = 41 richtig zu klassifizieren. Die Untersuchungen bestätigen, daß der beschränkende Faktor in erster Linie der Trainingsalgorithmus und nicht das Netzwerksparadigma ist. Die Simulationsexperimente mit zeitnormierten Sprachdaten zeigen, daß mit ES prinzipiell höhere Erkennungsleistungen als mit dem gradientenbasierten Algorithmus des BPTT erzielt werden können. Jedoch nimmt schon bei der Klassifikation der Zahlwörter Zwei und Drei die Klassifikationsleistung mit zunehmender Sequenzlänge ab. Es erfordert eine drastische Vergrößerung der Populationsgröße, um zumindest gleich gute Ergebnisse zu erzielen. Zusätzliche Tests am Automaton-Problem stützen diese Aussage. Jedoch steigt der Rechenaufwand durch Vergrößerung der Populationsgröße so stark an, daß bei nicht zeitnormierten Sprachdaten ES mit adäquater Populationsgröße nicht mehr simulierbar waren. In den Untersuchungen an dem Vokabular mit sechs Wörtern wurde der Fehler für jeden anliegenden Merkmalsvektor berechnet und im Gradienten bzw. zur Bewertung bei ES im Training verwendet. In diesen Messungen erbringen beide Algorithmen nahezu identische Klassifikationsergebnisse. Insgesamt verhindert der drastisch ansteigende Rechenaufwand bei den Sprachdaten die Verarbeitung von größeren Vokabularien und langen Wörtern durch ES. Aus der Beschränkung der Populationsgröße durch die vorhandene Rechnerkapazität resultierte eine nichtoptimale Anpassung von Selektionsdruck, Mutationsrate und Populationsverteilung im Suchraum. Insbesondere erweist sich die globale Anpassung der Strategieparameter bei den vergrößerten Populationen als problematisch. Weitere Untersuchungen an ES mit Strategien zur Selbstadaption dieser Parameter bieten sich daher für zukünftige Forschung an.
Measured hadron yields from relativistic nuclear collisions can be equally well understood in two physically distinct models, namely a static thermal hadronic source vs. a time-dependent, nonequilibrium hadronization o a quark-gluon plasma droplet. Due to the time-dependent particle evapora- tion o the hadronic surface in the latter approach the hadron ratios change (by factors of <H 5) in time. Final particle yields reflect time averages over the actual thermodynamic properties of the system at a certain stage of the evolution. Calculated hadron, strangelet and (anti-)cluster yields as well as freeze-out times are presented for di erent systems. Due to strangeness distillation the system moves rapidly out of the T, µq plane into the µs-sector. Classif.: 25.75.Dw, 12.38.Mh, 24.85.+p
The deconfinement transition region between hadronic matter and quark-gluon plasma is studied for finite volumes. Assuming simple model equations of state and a first order phase transition, we find that fluctuations in finite volumes hinder a sharp separation between the two phases around the critical temperature, leading to a rounding of the phase transition. For reaction volumes expected in heavy ion experiments, the softening of the equation of state is reduced considerably. This is especially true when the requirement of exact color-singletness is included in the QGP equation of state.
Measured hadron yields from relativistic nuclear collisions can be equally well understood in two physically distinct models, namely a static thermal hadronic source versus a time-dependent, non-equilibrium hadronization off a quark gluon plasma droplet. Due to the time-dependent particle evaporation off the hadronic surface in the latter approach the hadron ratios change (by factors of / 5) in time. The overall particle yields then reflect time averages over the actual thermodynamic properties of the system at a certain stage of evolution.
A study of secondary Drell-Yan production in nuclear collisions is presented for SPS energies. In addition to the lepton pairs produced in the initial collisions of the projectile and target nucleons, we consider the potentially high dilepton yield from hard valence antiquarks in produced mesons and antibaryons. We calculate the secondary Drell-Yan contributions taking the collision spectrum of hadrons from the microscopic model URQMD. The con- tributions from meson-baryon interactions, small in hadron-nucleus interac- tions, are found to be substantial in nucleus-nucleus collisions at low dilepton masses. Preresonance collisions of partons may further increase the yields.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Aufbruchsmechanismus des Projektilspektators im relativistischen Energiebereich untersucht. Es zeigte sich dabei, daß die in vorherigen Experimenten beobachtete Targetunabhängigkeit der Fragmentproduktion bei 600 AMeV sich als universelle Eigenschaft des Zerfalls von angeregter und expandierter Kernmaterie erweist. Die Untersuchung von Ladungskorrelationen zeigte ebenfalls weder eine Energie- noch Projektilabhängigkeit im Rahmen der experimentellen Auflösung. Diese Ergebnisse sind im wesentlichen auch zu höheren und niedrigeren Energien von anderen Experimenten bestätigt worden. Mit diesem experimentellen Befund kann eindeutig der Beweis für die Existenz einer Multi-Fragmentproduktion bei relativistischen Energien gegeben werden. Im Rahmen von Modellen können die beobachteten Ladungsobservablen mit einem statistisch dominierten Zerfall erklärt werden. Die sich daran anschließende Frage nach dem Aufbruchsmechanismus und dessen Eigenschaften wurde weiterführend mit Ausrichtung auf kinematische und thermodynamische Eigenschaften des Systems untersucht. Dabei ergab sich, daß die kinematischen Observablen der Projektilquelle einen thermisch äquilibrierten Zustand widerspiegeln, unabhängig vom Stoßparameter und der Einschußenergie. Die hierbei beobachtete Emission von leichten Teilchen, die nicht eindeutig einer intermediären oder Projektilquelle zugeordnet werden konnten, ist hierbei Hinweis auf Nicht-Gleichgewichtsanteile, die in der frühen Phase der Reaktion gebildet werden. Mit der Untersuchung von kollektiven Eigenschaften des zerfallenden Systems wurde versucht, einen quantitativen Einblick in die Reaktionskinematik und den damit zusammenhängenden Energietransfer in den Projektilspektator zu erhalten. Diese Analysen ergaben, daß es bei gleichem Stoßparameter eine starke Abhängigkeit des "Bounce Off" von der Targetmasse gibt, während zu höheren Energien, beim gleichen System, nur ein kleiner Effekt zu höheren Impulsüberträgen (5-10 MeV/c) beobachtet wird. Die Energiebilanz des Systems und die hieraus extrahierten Anregungsenergien zeigten zum ersten Mal in experimentellen Daten ohne Zuhilfenahme von theoretischen Modellen, daß für die stark asymmetrischen Systeme nicht der gleiche Zusammenhang zwischen Anregungsenergie und Z bounce; erhalten wird wie bei den symmetrischen Systemen. Dies zeigt sich bei den asymmetrischen Systemen durch eine Saturation der Anregungsenergie mit kleiner werdendem Z bounce, im Gegensatz zu den symmetrischen Systemen, die einen weiteren Anstieg zeigen. Die absoluten Werte der maximalen Anregungsenergie von <E0/A0> ~ 21-23 MeV bei halbzentralen Reaktionen von 197 Au + 197 Au bei 800 AMeV und <E0/A0> ~27 MeV bei 238 U + 238 U 1000 AMeV sind verschieden bei gleichem Z bound. Es stellt sich jedoch heraus, daß mit Ausnahme der stark asymmetrischen Systeme die Anregungsenergie pro herausgeschlagenem Nukleon (<E Knock/A>) in Abhängigkeit von der prozentualen Größe des Prefragments zu peripheren Reaktionen monoton und energieunabhängig steigt.Werden die experimentell bestimmten Anregungsenergien verglichen mit denen aus theoretischen Modellen, so sind diese immer deutlich geringer. Im statistischen Modell von Botvina und Mitarbeitern, das von D´esesquelles mit unseren Daten verglichen wurde [D´ese 96] [D´ese 95], ergaben sich maximale Anregungsenergien von <E0/A0> ~ 7-8 MeV in zentralen Reaktionen. Ein Vergleich mit QMD + SMM ergibt, daß für die asymmetrischen Systeme (197AU + 12C)mit einer Anregungsenergien von maximal <E0/A0> ~ 8-9 MeV eine Beschreibung der Daten möglich ist. Für die symmetrischen Systeme zeigt sich eine zunehmende Diskrepanz mit zunehmender Targetmasse zwischen den experimentellen und theoretischen Anregungsenergien. Die Ladungsobservablen der Daten werden von der verwendeten QMD + SMM-Rechnung und der QMD (SACA)-Rechnung gut wiedergegeben. Durch Anpassung von Rechnungen mit dem Quantenstatischen Modell [Hahn 88b] (QSM) an die experimentellen Daten ergaben sich Aufbruchsdichten bei zentralen Reaktionen von rho/rho 0 ~ 0.3 bis 0.4, diese sind konsistent mit dem Aufbruch eines äquilibrierten und expandierten Systems. Die aus QSM erhaltenen Temperaturen des Quellsystems in Abhängigkeit von der Anregungsenergie geben im wesentlichen den von Pochodzalla und Mitarbeitern beobachteten Verlauf der kalorischen Kurve wieder. Die Frage, ob dieser Verlauf einen Phasenübergang von flüssig zu gasförmig darstellt, ist anhand dieser Methode nicht zu entscheiden. Die Ergebnisse der Ladungsobservablen in Verbindung mit den kollektiven Eigenschaften zeigen, daß die Anregungsenergie, die zum Erreichen des Maximums der M Fragmentproduktion ( <M IMF> ~ 4.4) nötig ist <E0/A0> ~ 11 MeV, einen geringeren absoluten Wert hat als der Bereich des möglichen Phasenübergangs <E0/A0> ~17 MeV. Im Gegensatz dazu stellt sich das Maximum der mittleren IMF -Produktion energie-, target- und projektilunabhängig bei <E0/A0> ~11 MeV ein. Mit diesemVergleich wird deutlich, daß zur näheren Untersuchung des Phasenübergangs von Kernmaterie nicht die in der Anregungsenergie saturierenden asymmetrischen Projektil-Target Kombinationen benutzt werden können. Die physikalische Fragestellung einer neuen Generation von Experimenten mit dem ALADIN-Detektor müßte in der Quantifizierung des Phasenübergangs und seiner dynamischen Observablen liegen. Dabei ist Beantwortung der Frage nach der zeitlichen Entwicklung der Fragmentproduktion über Korrelationen der Fragmente im Bereich des Phasenübergangs im Vergleich zum Maximum der universellen Kurve sowie die ereignisweise Bestimmung von dynamischen Observablen anzustreben.
We examine the properties of both forms of strange matter, small lumps of strange quark matter (strangelets) and of strange hadronic matter (Metastable Exotic Multihypernuclear Objects: MEMOs) and their relevance for present and future heavy ion searches. The strong and weak decays are discussed separately to distinguish between long-lived and short-lived candidates where the former ones are detectable in present heavy ion experiments while the latter ones in future heavy ion experiments, respectively. We find some long-lived strangelet candidates which are highly negatively charged with a mass to charge ratio like a anti deuteron (M/Z 2) but masses of A=10 to 16. We predict also many short-lived candidates, both in quark and in hadronic form, which can be highly charged. Purely hyperonic nuclei like the (2 02 ) are bound and have a negative charge while carrying a positive baryon number. We demonstrate also that multiply charmed exotics (charmlets) might be bound and can be produced at future heavy ion colliders.
Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Meßergebnisse zeigen, daß bei geringem Restgasdruck der Einsatz einer GPL zur Fokussierung eines hochperveanten Ionenstrahles niedriger Strahlenergie Vorteile gegenüber konventionellen Linsensystemen bietet. Neben einer kostengünstigen Realisation ist wesentlich die bei unterschiedlichen Linsenparametern hohe Linearität der Linsenfelder (und die damit verbunden geringen Aberrationen) bei gleichzeitig starker Fokussierung zu nennen. Auch die geringe Baulänge, vor allem im Vergleich zu den wegen der FODO-Struktur bei Quadrupolen i. a. notwendigen Tripletts, kann gerade bei de- bzw. teilkompensiertem Transport einen Vorteil darstellen. Die im zweiten Kapitel vorgestellten Arbeiten zur theoretischen Beschreibung des nichtneutralen Plasmas der GPL haben gezeigt, daß bei Berücksichtigung der Verlustmechanismen (longitudinal und radial) die Beschreibung der Elektronenverteilung in der Linse die Meßergebnisse wesentlich besser widerspiegelt als in der klassischen Theorie Gabors, die nur einen idealisierten Zustand maximaler Elektronendichte beschreibt. Die Integration der Verluste in die Simulation ist für den longitudinalen Verlustkanal gelungen. Die radialen Verluste entziehen sich bisher aufgrund der Komplexität der Vorgänge bei der Diffusion einer hinreichend genauen Beschreibung. Dies liegt vor allem an einer sehr schwierigen Abschätzung der hierbei dominierenden Heiz- bzw. Kühlprozesse im Linsenplasma. ...
Abstract. A generalized Lagrangian for the description of hadronic matter based on the linear SU(3)L × SU(3)R -model is proposed. Besides the baryon octet, the spin-0 and spin-1 nonets, a gluon condensate associated with broken scale invariance is incorporated. The observed values for the vacuum masses of the baryons and mesons are reproduced. In mean-field approximation, vector and scalar interactions yield a saturating nuclear equation of state. Finite nuclei can be reasonably described, too. The condensates and the e ective baryon masses at finite baryon density and temperature are discussed.
A generalized Lagrangian for the description of hadronic matter based on the linear SU(3)L × SU(3)R -model is proposed. Besides the baryon octet, the spin-0 and spin-1 nonets, a gluon condensate associated with broken scale invariance is incorporated. The observed values for the vacuum masses of the baryons and mesons are reproduced. In mean-field approximation, vector and scalar interactions yield a saturating nuclear equation of state. We discuss the di culties and possibilities to construct a chiral invariant baryon-meson interaction that leads to a realistic equation of state. It is found that a coupling of the strange condensate to nucleons is needed to describe the hyperon potentials correctly. The effective baryon masses and the appearance of an abnormal phase of nearly massless nucleons at high densities are examined. A nonlinear realization of chiral symmetry is considered, to retain a Yukawa-type baryon-meson interaction and to establish a connection to the Walecka-model.
We study here hot nuclear matter in the quark meson coupling model which incorporates explicitly quark degrees of freedom, with quarks coupled to scalar and vector mesons. The equation of state of nuclear matter including the composite nature of the nucleons is calculated at finite temperatures. The calculations are done taking into account the medium-dependent bag constant. Nucleon properties at finite temperatures as calculated here are found to be appreciably different from the value at T=0.
Using the NA49 main TPC, the central production of hyperons has been measured in CERN SPS Pb - Pb collisions at 158 GeV c-1. The preliminary ratio, studied at 2.0 < y < 2.6 and 1 < pT < 3 GeV c-1, equals ~ (13 ± 4)% (systematic error only). It is compatible, within errors, with the previously obtained ratios for central S + S [1], S + W [2], and S + Au [3] collisions. The fit to the transverse momentum distribution resulted in an inverse slope parameter T of 297 MeV. At this level of statistics we do not see any noticeable enhancement of hyperon production with the increased volume (and, possibly, degree of equilibration) of the system from S + S to Pb + Pb. This result is unexpected and counterintuitive, and should be further investigated. If confirmed, it will have a significant impact on our understanding of mechanisms leading to the enhanced strangeness production in heavy-ion collisions.
We study the bremsstrahlung of virtual omega mesons due to the collective deceleration of nuclei at the initial stage of an ultrarelativistic heavy ion collision. It is shown that electromagnetic decays of these mesons may give an important contribution to the observed yields of dileptons. Mass spectra of e+e and µ+µ pairs produced in central Au+Au collisions are calculated under some simplifying assumptions on the space time variation of the baryonic current in a nuclear collision process. Comparison with the CERES data for 160 AGev Pb+Au collisions shows that the proposed mechanism gives a noticeable fraction of the observed e+e pairs in the intermediate region of invariant masses. Sensi tivity of the dilepton yield to the in medium modification of masses and widths of vector mesons is demonstrated.
Collective bremsstrahlung of vector meson fields in relativistic nuclear collisions is studied within the time dependent Walecka model. Mutual deceleration of the colliding nuclei is described by introducing the e ective stopping time and average rapidity loss of baryons. It is shown that electromagnetic decays of virtual ω mesons produced by bremsstrahlung mechanism can provide a substantial contribution to the soft dilepton yield at the SPS bombarding energies. In particular, it may be responsible for the dilepton enhancement observed in 160 AGev central Pb+Au collisions. Suggestions for future experiments to estimate the relative contribution of the collective mechanism are given.
We compute the vacuum polarization correction to the binding energy of nuclear matter in the Walecka model using a nonperturbative approach. We first study such a contribution as arising from a ground-state structure with baryon-antibaryon condensates. This yields the same results as obtained through the relativistic Hartree approximation of summing tadpole diagrams for the baryon propagator. Such a vacuum is then generalized to include quantum effects from meson fields through scalar-meson condensates which amounts to summing over a class of multiloop diagrams. The method is applied to study properties of nuclear matter and leads to a softer equation of state giving a lower value of the incompressibility than would be reached without quantum effects. The density-dependent effective sigma mass is also calculated including such vacuum polarization effects.
A self-consistent relativistic integral-di erential equation of the Boltzmann- Uehling-Uhlenbeck-type for the N*(1440) resonance is developed based on an effective Lagrangian of baryons interacting through mesons. The closed time-path Green s function technique and semi-classical, quasi-particle and Born approxima- tions are employed in the derivation. The non-equilibrium RBUU-type equation for the N*(1440) is consistent with that of nucleon s and delta s which we derived before. Thus, we obtain a set of coupled equations for the N,Delta and N*(1440) distribution functions. All the N (1440)-relevant in-medium two-body scattering cross sections within the N,Delta and N*(1440) system are derived from the same effective Lagrangian in addition to the mean field and presented analytically, which can be directly used in the study of relativistic heavy-ion collisions. The theoreticalprediction of the free pp - pp* (1440) cross section is in good agreement with the experimental data. We calculate the in-medium N+N - N+N* , N* +N - N+N and N*+N - N* +N cross sections in cold nuclear matter up to twice the nuclear matter density. The influence of different choices of the N* N* coupling strengths, which can not be obtained through fitting certain experimental data, are discussed. The results show that the density dependence of predicted in-medium cross sections are sensitive to the N* N* coupling strengths used. An evident density dependence will appear when a large scalar coupling strength of g^(sigma) N*N* is assumed. PACS number(s): 24.10.Cn; 25.70.-z; 21.65.+f
Symmetrie
(1997)
An investigation of the transition to delta matter is performed based on a relativistic mean field formulation of the nonlinear sigma and omega model. We demonstrate that in addition to the Delta-meson coupling, the occurrence of the baryon resonance isomer also depends on the nucleon-meson coupling. Our results show that for the favored phenomenological value of m* and K, the Delta isomer exists at baryon density ~ 2–3 p0 if beta=1.31 is adopted. For universal coupling of the nucleon and Delta, the Delta density at baryon density ~ 2–3 p0 and temperature ~ 0.4–0.5 fm-1 is about normal nuclear matter density, which is in accord with a recent experimental finding.
Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Untersuchung von Photonenemissionsmustern im einzelnen Ereignis, wie sie bei einer Schwerionenkollision von Schwefel auf Gold bei einer Energie von 200 GeV pro Nukleon produziert werden. Diese Ereignisse wurden mit dem Photonen-Multiplizitäts-Detektor im WA93-Experiment am CERN aufgenommen. Die globalen Observablen einer ultrarelativistischen Schwerionenkollision, wie z.B. Multiplizitäts- und Energieverteilungen der Teilchen, lassen sich durch Rechnungen mit dem String-Modell VENUS3.11 gut beschreiben. In diesem Modell werden alle bekannten, in einer Kern-Kern-Kollision ablaufenden physikalischen Prozesse eingebaut. Ein Vergleich von Verteilungen globaler Meßgrößen aus dem Experiment mit solchen aus Modellrechnungen zeigt, welche Resultate durch schon bekannte, in dem Modell berücksichtigte, physikalische Vorgänge verursacht sind und welche auf noch unbekannten Vorgängen oder auf Detektoreffekten beruhen. Um aus solchen Vergleichen den Einfluß noch unbekannter physikalischer Prozesse auf Verteilungen zu erkennen, muß die Veränderung der physikalischen Observablen bei der Messung durch den Detektor selbst berücksichtigt werden. Die Wechselwirkung der aus der Reaktionszone emittierten Teilchen mit der im Experiment befindlichen Materie der Detektoren wird mit dem Detektorsimulationsprogramm GEANT dargestellt. Der Einfluß der Detektoren kann für globale Observablen sehr zufriedenstellend beschrieben werden, was sich in der guten Übereinstimmung der Multiplizitäts- und Rapiditätsverteilung der im WA93-Experiment nachgewiesenen Photonen mit den Verteilungen aus Modellrechnungen zeigt. Auch die Dynamik der Kollision, sichtbar in der Verteilung der transversalen Energie, wird durch das Modell wiedergegeben. Auf dem Niveau von Einzelereignissen und der Verteilung von Photonen innerhalb eines Ereignisses ist es äusserst wichtig, den Einfluß der Detektoreffekte auf die Verteilungen zu bestimmen. Bei der Untersuchung von Fluktuationen und Korrelationen auf der Basis von Einzelereignissen wurde deshalb ein Vergleich zu Mixed Events angestellt, bei denen die Detektoreffekte beibehalten, aber alle vorhandenen Korrelationen aufgelöst werden. In dieser Arbeit wurden die Photonenemissionsmuster der Einzelereignisse (eventby- event-Analyse) mit der Minimal-Spanning-Tree (MST)-Methode auf Dichtefluktuationen hin untersucht. Die emittierten Photonen geben einen Hinweis auf die Emissionsstruktur von Mesonen, insbesondere der leichten pi0-Mesonen, weil Photonen überwiegend durch den Zerfall produzierte Teilchen sind und die räumliche Verteilung ihrer Ursprungsteilchen weitgehend widerspiegeln. Die Untersuchung von Teilchendichtefluktuationen, insbesondere der durch die Kollision produzierten Mesonen, kann zum besseren Verständnis des Verhaltens der Kernmaterie bei hohen Dichten und hohen Temperaturen beitragen. Waren Dichte und Temperatur in der Reaktionszone ausreichend hoch, könnte sich ein Quark-Gluon-Plasma gebildet haben. Die bei der anschließenden Expansion und Abkühlung stattfindende Kondensation zu Hadronen könnte ein Phasenübergang erster Ordnung sein. Die Größe der Fragmente, in diesem Fall die Hadronen und alle Gruppierungen daraus, sollte eine Verteilung ergeben, die mit einer Funktion Sa angenähert werden kann, wie es von verschiedenen Autoren im Zusammenhang mit Phasenübergängen erster Ordnung beobachtet wurde. Dabei ist S die Fragmentgröße und a eine negative Konstante. Die MST-Methode ist geeignet, das Emissionsmuster einzelner Photonenereignisse aus Schwerionenreaktionen in Cluster zu unterteilen. Die mit der MST-Methode definierten Cluster ergeben sich direkt aus der unterschiedlichen Dichteverteilung der Photonen auf der Detektorfläche in einem Einzelereignis. Die Cluster werden mit den obengenannten Fragmenten in Zusammenhang gebracht, wobei die Zahl der Photonen in einem Cluster die Fragmentgröße S darstellt. Ein wesentlicher Vorteil der MST-Methode besteht darin, daß sie zunächst keinerlei Einschränkung in der Art der zu suchenden Strukturen erfordert. Es müssen keine räumlichen Strukturen vorgegeben werden, nach denen dann in der Punkteverteilung gesucht wird, wie das in anderen Analysemethoden der Fall ist. Aus der durchgeführten Analyse hat sich ergeben, daß die MST-Methode sehr sensitiv auf Fluktuationen in der räumliche Dichteverteilung der Treffer im Einzelereignis ist. Die zweidimensionalen Räume, in denen die Dichteverteilung untersucht wird, können beliebig festgelegt werden und sind durch die Metrik, in der die Abstände des Minimal-Spanning-Trees berechnet werden, definiert. In dieser Arbeit wurden der x-y- Raum (Metrik 1) und der h-j-Raum (Metrik 2) benutzt. Dabei gibt Metrik 1 im wesentlichen Effekte in der Detektorgeometrie wieder und Metrik 2 ist eher dem Phasenraum und damit der Physik angepaßt. Zum Vergleich mit den Ergebnissen aus WA93-Datenereignissen wurden Cluster auf die gleiche Weise in Mixed Events, in Ereignissen aus Modellrechnungen und in Ereignissen mit Zufallsverteilungen von Punkten bestimmt. Die räumliche Verteilung der in den WA93-Datenereignissen gefundenen Cluster auf der Ebene des Detektors weist auf starke Inhomogenitäten in der Photonenverteilung hin. Der Vergleich mit entsprechenden Verteilungen der Cluster in Mixed Events und berechneten Ereignissen zeigt, daß ein Großteil dieser Inhomogenitäten durch Detektoreffekte verursacht wird. Zu diesen Detektoreffekten zählt auch die hohe Ansprechwahrscheinlichkeit für geladene Hadronen, so daß durch den Einsatz des Dipolmagneten eine inhomogene Verteilung der Treffer auf dem PMD verursacht wird. Diese durch Detektoreffekte verursachten Inhomogenitäten in den Photonenemissionsmustern können mögliche, durch physikalische Ursachen während der Kollision hervorgerufene, Dichtefluktuationen überlagern. Die Größenverteilung der Cluster in den WA93-Daten konnte mit einer Funktion Sa angenähert werden. Die Konstante a ergab sich dabei zu -3.0 für die in Metrik 1 gefundenen Cluster und -2.7 für die in Metrik 2 gefundenen Cluster. Die Größenverteilung der in den WA93-Datenereignissen mit Metrik 1 bestimmten Cluster zeigt keine großen Abweichungen zu den aus Mixed Events und aus simulierten Ereignissen gewonnenen Größenverteilungen. Die Größenverteilung, die mit Metrik 1 aus einer reinen Zufallsverteilung von Punkten erhalten wurde, liegt unterhalb der anderen drei Verteilungen. In den Verteilungen der Größe der in Metrik 2 definierten Cluster bestehen jedoch deutliche Unterschiede von WA93-Datenereignissen zu den Verteilungen aus anderen Ereignissen mit vergleichbaren Pseudorapiditätsverteilungen. Es wird eine Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für große Cluster mit mehr als 20 Photonen in realen Datenereignissen beobachtet. Zunächst wurde angenommen, daß diese Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für große Cluster die Folge der starken Inhomogenitäten in der zugrundeliegenden Trefferverteilung sein könnte. Wie die detaillierte Untersuchung der räumlichen Verteilung der Cluster jedoch gezeigt hat, ist diese inhomogene Verteilung der Photonen auch in den Mixed Events zu finden; die Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für große Cluster tritt allerdings nicht auf. Daß diese Beobachtung in den Mixed Events nicht gemacht wird, könnte ein Hinweis darauf sein, daß die Erhöhung in der Größenverteilung der Cluster durch physikalische Ursachen hervorgerufen wird. Ein weiterer Hinweis darauf, daß die Ineffizienzen des Detektors allein nicht zu großen Clustern führen, zeigt der Vergleich von Mixed Events zu den Datenereignissen mit zufälligem Azimut. Trotz der Unterschiede in der räumlichen Verteilung der Cluster ergibt sich eine annähernd gleiche Wahrscheinlichkeitsverteilung. Die in dieser Arbeit mit der MST-Methode durchgeführten Analyse hat gezeigt, daß „saubere“, d.h. untergrund- und detektoreffektfreiere Photonendaten notwendig sind, bevor Rückschlüsse auf zugrundeliegende physikalische Ursachen gemacht werden können. Dazu ist eine wesentliche Verbesserung der Datenauslese erforderlich, um die großen Unterschiede zwischen den einzelnen Auslesemodulen zu vermeiden. Eine Weiterentwicklung in der Datenaufbereitungsmethode könnte zu einer besseren Separation von Hadronen und Photonen und damit zu einer untergrundfreieren Photonenmessung führen. Erforderlich ist auch eine sehr genaue Simulation der Detektoreffekte durch Angabe aller Details des Experiments im GEANT-Programm. Nach den Schwerionenexperimenten mit Sauerstoff- und Schwefelstrahlen wurde das Schwerionenprogramm am CERN 1994 durch den Bleistrahl 208Pb mit der Energie von 158 GeV pro Nukleon weitergeführt. Mit der Vergrößerung des Reaktionssystems erwartete man nicht unbedingt eine Erhöhung der Energiedichte, aber einen größeren Thermalisierungsgrad des Systems. Ziel blieb immer noch der Nachweis des Quark- Gluon-Plasmas und die Erforschung von Materie unter extremsten Bedingungen. Um eine möglichst universelle Aussage über den Ablauf einer ultrarelativistischen Schwerionenreaktion machen zu können, wurde ein Experiment, das WA98-Experiment, mit einer großen Akzeptanz für die Messung von Photonen und Hadronen entworfen. Die Kombination von Signalen verschiedener Detektoren sollte es ermöglichen unterschiedliche Charakteristika der Stoßprozesse parallel zu untersuchen. Basierend auf den Erfahrungen mit dem Photonen-Multiplizitäts-Detektor im WA93-Experiment, auch die im Zusammenhang mit dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse, wurde ein größerer und verbesserter Detektor für den Einsatz im WA98- Experiment gebaut. Der Detektor wurde erstmals 1994 zur Messung von Photonenverteilungen in Pb-Pb Kollisionen bei Energien von 158 GeV pro Nukleon am CERN SPS eingesetzt.
This review is a summary of my work (partially in collaboration with Kurt Schoenhammer) on higher-dimensional bosonization during the years 1994-1996. It has been published as a book entitled "Bosonization of interacting fermions in arbitrary dimensions" by Springer Verlag (Lecture Notes in Physics m48, Springer, Berlin, 1997). I have NOT revised this review, so that there is no reference to the literature after 1996. However, the basic ideas underlying the functional bosonization approach outlined in this review are still valid today.
Untersuchungen des elektrischen und magnetischen Feldes in den NA49-TPCs mit Hilfe von Laserspuren
(1997)
Das Experiment NA49 am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik (CERN) in Genf dient der Erforschung von relativistischen Schwerionenkollisionen. Dieses Feld der Kernphysik hatte seine Anfänge erst in den 70er Jahren am BEVALAC in Berkeley und untersucht zur Zeit Schwerionenstöße von einigen hundert MeV/Nukleon bis 200 GeV/Nukleon. Nach den heuteüblichen Experimenten mit festem Target sollen in der Zukunft Colliderexperimente mit Schwerionen neue Energiebereiche erschließen. Während die Experimente dadurch erleichtert werden, daß sie zumeist auf bestehende Beschleunigeranlagen aus der Hochenergiephysik zurückgreifen können, ist die theoretische Beschreibung relativistischer Schwerionenstöße ausgesprochen problematisch. Vom Verständnis dieser Reaktionsmechanismen erhoff t man sich aber einen Zugang zur starken Wechselwirkung bei niedrigen Impulsüberträgen, insbesondere in ausgedehnten Systemen.
Due to the additional need of very short bunches for the FEL operation with the TESLA-machine strong wakefield effects are expected. One third of the total wakefield energy per bunch is radiated into the frequency region above the energy gap of Cooper pairs in superconducting niobium. The energy of the cooper pairs in superconducting niobium at 2 K corresponds to a frequency of 700 GHz. An analytical and experimental estimation for the overall energy loss of the FEL bunch above energy gap is presented. The analytical method is based on a study from R. B. Palmer [1]. The results of the wakefield estimations are used to calculate possible quality factor reduction of the TESLA cavities during FEL operation. Results are presented.
Mit zunehmender Automatisierung - sowohl der industriellen Herstellungsverfahren, als auch ihrer Produkte - hat die Regelungstechnik stark an Bedeutung gewonnen. Das Prinzip der Regelung jedoch ist schon lange bekannt. Erste Anwendungen finden sich bereits in der Antike (230 v.Chr. Philon von Byzanz, Schwimmerregelung für Öllampen). Das wohl prominenteste Beispiel ist der Drehzahlregler für Dampfmaschinen, den James Watt 1788 konstruierte. Eine Theorie des Regelkreises wurde dagegen erst Ende des letzten Jahrhunderts entwickelt. Damit war der Weg für den verbreiteten Einsatz von Regelungstechnik geebnet. Aber ihre Bedeutung geht über die rein technischen Prozesse hinaus, indem sich die Theorie der Regelkreise auch zur Untersuchung nichttechnischer zum Beispiel biologischer oder gesellschaftlicher Prozesse anwenden läßt. Viele dieser Prozesse laufen nach dem Prinzip der Regelung ab, denn sie werden auch bei Wirkung äußerer Störungen aufrechterhalten. In diesen Bereichen wird allgemeiner von Kybernetik gesprochen [Steinbuch]. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird eine Einführung in die Regelungstechnik gegeben. Daran schließen sich im zweiten Teil Untersuchungen zur Magnetschwebekugel an. Diese theoretischen Betrachtungen sollen als Grundlage für den Aufbau eines Experiments zur Magnetschwebekugel dienen, das im Rahmen des Physikalischen Praktikums für Fortgeschrittene des Instituts für Angewandte Physik an der Universität Frankfurt geplant ist. Anhand einer von einem Elektromagneten in der Schwebe gehaltenen Kugel werden sich die Teilnehmer und Teilnehmerinnen mit den Prinzipien der Regelungstechnik vertraut machen können. Dieser Versuch ist in zweierlei Hinsicht interessant. Das System Elektromagnet - Kugel ist ohne Regelung nicht stabil, das heißt die Kugel kann nicht an einem beliebigen Ort unterhalb des Magneten fixiert werden. Dies entspricht auch der Erfahrung. Um so erstaunlicher ist es, wenn der Versuch zu einer Stabilisierung führt. Die verwendeten Methoden entstammen vollständig der Theorie der linearen Regelungen, sodaß der Versuch als elementare Einführung in die Regelungstechnik verstanden werden kann.
Basic problems of the semiclassical microscopic modelling of strongly interacting systems are discussed within the framework of Quantum Molecular Dynamics (QMD). This model allows to study the influence of several types of nucleonic interactions on a large variety of observables and phenomena occur- ring in heavy ion collisions at relativistic energies. It is shown that the same predictions can be obtained with several numerically completely di erent and independently written programs as far as the same model parameters are employed and the same basic approximations are made. Many observ- ables are robust against variations of the details of the model assumptions used. Some of the physical results, however, depend also on rather technical parameters like the preparation of the initial configuration in phase space. This crucial problem is connected with the description of the ground state of single nuclei, which di ers among the various approaches. An outlook to an improved molecular dynamics scheme for heavy ion collisions is given.
Es wurde in dieser Arbeit gezeigt, daß es möglich ist, die der Spin-Eichtheorie zugrundeliegende Lagrangedichte so zu verallgemeinern, daß die aus ihr folgende Higgsfeldgleichung eine gravitationsähnliche Wechselwirkung enthält. Der symmetrische Teil des kanonische Energie-Impulstensors des Higgsfeldes tritt als Quelle der symmetrischen Bewegungsgleichung der angeregten Higgsfelder in Erscheinung. Ein Vergleich der zweiten Ordnung des symmetrischen Teils der Higgsfeldgleichung mit der zweiten Ordnung der Einsteingleichung im materiefreien Fall zeigt, daß beide bis auf einen antisymmetrischen Divergenzterm A m n a a der den Energie Impuls-Erhaltungssatz nicht beeinflußt, übereinstimmen. Geht man wegen der Nichtlokalität des EIST's des Gravitationsfeldes, auf der Seite der klassischen Beschreibung zu einem grobkörnigen EIST über, so stimmt dieser mit dem EIST des Higgsfeldes überein. Sieht man von in kleinen Raumzeitvolumen stark uktuierenden Termen ab, so sind die Differentialgleichungen von Gravitations und Higgsfeldwellen bis zur zweiten Ordnung identisch. Betrachtet man eine Raumzeit mit fermionischer Materie, so stimmt die erste Ordnung der Feldgleichungen ebenfalls überein. Die Higgsfeldgleichung in zweiter Ordnung koppelt halb so stark an die fermionische Materie wie es die klassische Gleichung in zweiter Ordnung tut, was auf zusätzliche Spinanteile der Higgsfelder zurückzuführen ist. Die Arbeit hat damit gezeigt, daß die durch das Higgsfeld vermittelte Kraft die Eigenschaften einer gravitativen Wechselwirkung besitzt. Daraus ergibt sich, daß nun folgende Punkte interessant sind: 1) Die in dieser Arbeit nicht betrachteten antisymmetrischen Anteile der Higgsfeldgleichung sollten auf ihre physikalische Relevanz untersucht werden, um eventuell entstehende Torsions und Nichtmetrizitätsanteile aufzuzeigen. 2) Die durch den Divergenzterm auftretenden Unterschiede der zweiten Ordnung der Spin-Eichtheorie mit der klassischen Theorie sollten genauer untersucht werden, um mögliche meßbare Unterschiede offen zu legen und die Interpretation des A m n a a-terms zu klären 3) Die in der Spin-Eichtheorie mögliche mikroskopische Betrachtungsweise sollte man quantentheoretisch formulieren und alle der Spin-Eichtheorie eigenen Felder quantisieren. 4) Der in dieser Arbeit betrachtete Iso-skalare Fall sollte Iso-vektoriell verallgemeinert werden, um so eine Vereinheitlichung mit den anderen drei Wechselwirkungen zu ermöglichen
Analyse der hadronischen Endzustandsverteilungen in ultra-relativistischen Blei-Blei-Kollisionen
(1997)
Die in ultra-relativistischen Schwerionenkollisionen erreichten Dichten und Temperaturen der hochangeregten hadronischen Kernmaterie führen möglicherweise zu einem Übergang in eine partonische Phase ohne Einschluß der Quarks und Gluonen in Hadronen (Quark-Gluon Plasma). Dieser Kontinuumszustand der Quantenchromodynamik wird in der frühen Anfangsphase des Universums bei sehr hohen Temperaturen und im Inneren von Neutronensternen bei einem Vielfachen der Grundzustandsdichte von Kernmaterie erwartet. Im Herbst 1994 wurden am europäischen Kernforschungszentrum CERN im Rahmen des NA49-Experimentes zentrale 208Pb + 208Pb - Kollisionen am SPS bei einer Einschußenergie von 158 GeV pro Nukleon untersucht. Die Daten wurden in einer der Spurendriftkammern (VTPC2) aufgenommen, die zur präzisen Messung des Impulses in einem Magnetfeld positioniert wurde. Aus diesem Datenensemble wurden in dieser Arbeit 61000 Ereignisse in Hinblick auf die Produktion negativ geladener Hadronen (h-) und die Endzustandsverteilungen der an der Reaktion teilnehmenden Nukleonen (Partizipanten) analysiert. Die Phasenraum-Akzeptanz der VTPC2 erstreckt sich für die negativ geladenen Hadronen im Rapiditätsintervall yPi = [3.2 5.0] und für die Netto-Protonen bei yp = [3.0, 4.4] über den Transversalimpuls-Bereich von p..=[0.0 2.0] GeV/c. Die statistischen Fehler der vorgestellten Ergebnisse reduzieren sich durch die große Statistik zu << 1%, die systematischen Fehler der Impulsmessung liegen im Bereich <= 2%. Die Korrektur auf Ineffizienzen des verwendeten Spur-Rekonstruktionsalgorithmus ist mit der lokalen Spurdichte und der Ereignismultiplizität korreliert und trägt wesentlich zum systematischen Fehler bei: für die negativ geladenen Hadronen im Bereich von 5%, für die Netto-Protonen 15-20%. Die Untersuchung der Effekte hoher Raumladungsdichten in verschiedenen Zählgasen der Spurendriftkammern führte zu einer Optimierung der Betriebsparameter der Detektoren und damit zu einer Reduzierung der Zahl saturierter Auslesekanäle. Die erhöhte Effizienz der Spurpunkt-Rekonstruktion verbesserte die Zweispurauflösung auf 100% bei einem mittleren Abstand von 2 cm zwischen zwei benachbarten Spuren, die Ortsauflöosung in der VTPC2 liegt im Bereich von 270-350 Mikrom in longitudinaler und transversaler Richtung und die relative Impulsauflösung beträgt dp/p exp 2 ~ 2 x 10 exp (-4) (GeV/c) exp (-1). Die in zentralen Blei-Blei-Stößen produzierten negativ geladenen Hadronen weisen mittlere Transversalimpulse von <p..> ~ 366 MeV/c bei y Pi = 4.3 bis <p..> ~ 300 MeV/c bei y Pi auf; für die Netto-Protonen fällt der aus dem mittleren Transversalimpuls berechnete Temperaturparameter von 275 MeV bei midrapidity bis zu 230 MeV bei yp = 4.3 ab. Im Vergleich mit anderen Stoßsystemen als Funktion der Anzahl produzierter Teilchen wird ein leichter Anstieg von <p..> beobachtet. Die Rapiditätsabhängigkeit des mittleren Transversalimpulses der produzierten h- in Nukleon-Nukleon- und zentralen Schwefel-Schwefel-Reaktionen ist mit denen der untersuchten Pb-Kollisionen in Form und Breite der Verteilung vergleichbar. Die Analyse der Transversalimpuls-Spektren von h- und (p-anti-p) fürt zu inversen Steigungsparametern von <T Pi> ~ 165 MeV und <T Pi> ~ 255 MeV, die teilweise über der von Hagedorn vorhergesagten Grenztemperatur eines hadronischen Gases liegen. Zudem zeigen die Spektren des invarianten Wirkungsquerschnittes deutliche Abweichungen von dem in einem thermischen Modell erwarteten exponentiellen Verlauf bei kleinen und großen <p..>. Innerhalb eines hydrodynamischen Modells sind diese Abweichungen vom idealen Verlauf mit einer kollektiven transversalen Expansion kompatibel, die mittleren transversalen Flußgeschwindigkeiten betragen <v..> ~ 0.6 c, die Ausfriertemperaturen <T PI, f0> ~ 95 MeV und <T P, f0> ~ 110 MeV. Die im Vergleich zu Nukleon-Nukleon-Stößen in Schwerionenreaktionen erhöhte Produktion von h- bei kleinen Transversalimpulsen wird in allen betrachteten y Pi -Intervallen zu 10-20% bestimmt. Im Gegensatz zu Messungen des NA44-Experimentes mit <h->/<h+> = 1.8 kann aus dem Verhältnis des invarianten Wirkungsquerschnittes von negativ zu positiv geladenen Hadronen bei kleinen transversalen Energien nur eine moderate Erhöhung um <h->/<h+> = 1.2 festgestellt werden, was auf keinen signifikanten Coulomb-Effekt durch eine mitbewegte positive Ladung schließen läßt. Die Erweiterung der Akzeptanz der (p - anti p)-Rapiditätsverteilung in der VTPC2 durch Messungen der MTPC bei großen Rapiditäten führt zu einer mittleren Gesamtmultiplizität von 151 +- 9 an der Reaktion teilnehmenden Protonen pro Ereignis. Der durchschnittliche Rapiditätsverlust der Projektilprotonen beträgt <delta y> = 1.99 +- 0.19, für zentrale Kollisionen des S+S-Systems ergibt sich ein um 20% niedrigerer Wert. Das Verhältnis der Dichte der hochkomprimierten Materie im Reaktionsvolumen zur Grundzustandsdichte von Kernmaterie ist im Rahmen von Modellvorhersagen rho/rho ~ 7.3. Der mittlere Energieverlust pro Nukleon im Schwerpunktsystem wurde bei einer zur Verfügung stehenden Eingangsenergie von sqrt(s) = 8.6 GeV/Nukleon zu <dE> exp (cms) N = 5.4 GeV ermittelt: die Stopping Power ergibt P = 63 %. Aus der Baryonen-Dichte bei midrapidity läßt sich in einem einfachen 2-Flavour Modell das baryo-chemische Potential zu mü-B = 182 MeV berechnen. Die ermittelte Gesamtmultiplizität der h- beträgt 716 +-11, die Breite einer angepaßten Gauß-Verteilung ist mit Rhp -Pi = 1.37 um 40% breiter als die dn/dy-Verteilung einer stationären, thermisch emittierenden Quelle: zusammen mit Messungen der Quellgrößen und einer longitudinalen Expansionsgeschwindigkeit innerhalb der HBT-Analyse ergibt sich das Bild einer elongierten, longitudinal boost-invariant expandierenden Quelle. Die dn/dy-Verteilungen der h- aus <N + N>- und Pb+Pb-Reaktionen zeigen die Andeutung eines Plateaus um die Schwerpunktsrapidität, was auf eine Teilchenproduktion gemäß dem Bjorken-Bild entlang eines zylinderförmigen Reaktionsvolumens schließen läßt. Die Zahl der produzierten negativ geladenen Hadronen pro Partizipant beträgt in den analysierten Ereignissen <h->/<N B - AntiB> = 1.88 und steigt im Vergleich mit den Werten aus den symmetrischen Stßsystemen <N+N> und S+S leicht an. Die im Reaktionsvolumen deponierte Energie aus dem Energieverlust der partizipierenden Nukleonen wird somit nur geringfügig für die erhöhte Produktion von h- verwendet. Die h-Multiplizität als Maß für die System-Entropie zeigt - ebenso wie die im NA35-Experiment gemessenen zentralen S+S-Kollisionen bei 200 GeV pro Nukleon - als Funktion der Einschußenergie der Projektilkerne eine Überhöhung im Vergleich zu Reaktionen bei niedrigeren Energien, was einem möglichen Anstieg der Zahl der Freiheitsgrade und damit der Formation einer partonischen Phase bei ultra-relativistischen Schwerionenkollisionen entsprechen könnte. Aus den Messungen der Netto-Baryonen und der produzierten h- wurde im Bjorken-Bild die Energiedichte im zentralen Reaktionsvolumen zu E = 2.14 GeV/fm exp 3 bestimmt.
Preliminary experimental data for particle number ratios in the collisions of Au+Au at the BNL AGS (11A GeV/c) and Pb+Pb at the CERN SPS (160A GeV/c) are analyzed in a thermodynamically consistent hadron gas model with excluded volume. Large values of temperature, T = 140 185 MeV, and baryonic chemical potential, µb = 590 270 MeV, close to the boundary of the quark-gluon plasma phase are found from fitting the data. This seems to indicate that the energy density at the chemical freezeout is tremendous which would be indeed the case for the point-like hadrons. However, a self-consistent treatment of the van der Waals excluded volume reveals much smaller energy densities which are very far below a lowest limit estimate of the quark-gluon plasma energy density. PACS number(s): 25.75.-q, 24.10.Pa
We demonstrate that a new type of analysis in heavy-ion collisions, based on an event-by-event analysis of the transverse momentum distribution, allows us to obtain information on secondary interactions and collective behaviour that is not available from the inclusive spectra. Using a random walk model as a simple phenomenological description of initial state scattering in collisions with heavy nuclei, we show that the event-by-event measurement allows a quantitative determination of this effect, well within the resolution achievable with the new generation of large acceptance hadron spectrometers. The preliminary data of the NA49 collaboration on transverse momentum fluctuations indicate qualitatively different behaviour than that obtained within the random walk model. The results are discussed in relation to the thermodynamic and hydrodynamic description of nuclear collisions.
The pion multiplicity per participating nucleon in central nucleus-nucleus collisions at the energies 2-15 A GeV is significantly smaller than in nucleon-nucleon interactions at the same collision energy. This effect of pion suppression is argued to appear due to the evolution of the system produced at the early stage of heavy-ion collisions towards a local thermodynamic equilibrium and further isentropic expansion.
It is shown that data on pion and strangeness production in central nucleus-nucleus collisions are consistent with the hypothesis of a Quark Gluon Plasma formation between 15 A GeV/c (BNL AGS) and 160 A GeV/c (CERN SPS) collision energies. The experimental results interpreted in the framework of a statistical approach indicate that the effective number of degrees of freedom increases by a factor of about 3 in the course of the phase transition and that the plasma created at CERN SPS energy may have a temperature of about 280 MeV (energy density $\approx$ 10 GeV/fm^3). Experimental studies of central Pb+Pb collisions in the energy range 20-160 A GeV/c are urgently needed in order to localize the threshold energy, and study the properties of the QCD phase transition.
A systematic analysis of data on strangeness and pion production in nucleon–nucleon and central nucleus–nucleus collisions is presented. It is shown that at all collision energies the pion/baryon and strangeness/pion ratios indicate saturation with the size of the colliding nuclei. The energy dependence of the saturation level suggests that the transition to the Quark Gluon Plasma occurs between 15 A·GeV/c (BNL AGS) and 160 A·GeV/c (CERN SPS) collision energies. The experimental results interpreted in the framework of a statistical approach show that the effective number of degrees of freedom increases in the course of the phase transition and that the plasma created at CERN SPS energies may have a temperature of about 280 MeV (energy density ~ 10 GeV/fm exp-3). The presence of the phase transition can lead to the non–monotonic collision energy dependence of the strangeness/pion ratio. After an initial increase the ratio should drop to the characteristic value for the QGP. Above the transition region the ratio is expected to be collision energy independent. Experimental studies of central Pb+Pb collisions in the energy range 20–160 A·GeV/c are urgently needed in order to localize the threshold energy, and study the properties of the QCD phase transition.
Preliminary data on phi production in central Pb + Pb collisions at 158 GeV per nucleon are presented, measured by the NA49 experiment in the hadronic decay channel phi - K+K-. At mid-rapidity, the kaons were separated from pions and protons by combining dE/dx and time-of-flight information; in the forward rapidity range only dE/dx identification was used to obtain the rapidity distribution and a rapidity-integrated mt-spectrum. The mid-rapidity yield obtained was dN/dy = 1.85 ± 0.3 per event; the total phi multiplicity was estimated to be 5.0 ± 0.7 per event. Comparison with published pp data shows a slight, but not very significant strangeness enhancement.
Hadron and hadron cluster production in a hydrodynamical model including particle evaporation
(1997)
We discuss the evolution of the mixed phase at RHIC and SPS within boostinvariant hydrodynamics. In addition to the hydrodynamical expansion, we also consider evaporation of particles o the surface of the fluid. The back-reaction of this evaporation process on the dynamics of the fluid shortens the lifetime of the mixed phase. In our model this lifetime of the mixed phase is d 12 fm/c in Au + Au at RHIC and d 6.5 fm/c in Pb + Pb at SPS, even in the limit of vanishing transverse expansion velocity. Strong separation of strangeness occurs, especially in events (or at rapidities) with relatively high initial net baryon and strangeness number, enhancing the multiplicity of MEMOs (multiply strange nuclear clusters). If antiquarks and antibaryons reach saturation in the course of the pure QGP or mixed phase, we find that at RHIC the ratio of antideuterons to deuterons may exceed 0.3 and even 4He/4He > 0.1. In S + Au at SPS we find only N/N H 0.1. Due to fluctuations, at RHIC even negative baryon number at midrapidity is possible in individual events, so that the antibaryon and antibaryon-cluster yields exceed those of the corresponding baryons and clusters.
We discuss the early evolution of ultrarelativistic heavy-ion collisions within a multi- fluid dynamical model. In particular, we show that due to the finite mean-free path of the particles compression shock waves are smeared out considerably as compared to the one-fluid limit. Also, the maximal energy density of the baryons is much lower. We discuss the time scale of kinetic equilibration of the baryons in the central region and its relevance for directed flow. Finally, thermal emission of direct photons from the fluid of produced particles is calculated within the three-fluid model and two other simple expansion models. It is shown that the transverse momentum and rapidity spectra of photons give clue to the cooling law and the early rapidity distribution of the photon source.
Direct photon production in central Pb+Pb collisions at CERN-SPS energy is calculated within the relativistic microscopic transport model UrQMD, and within distinctly di erent versions of relativistic hydrodynamics. We find that in UrQMD the local momentum distributions of the secondaries are strongly elongated along the beam axis initially. Therefore, the preequilibrium contribution dominates the photon spectrum at transverse momenta above H 1.5 GeV. The hydrodynamics prediction of a strong correlation between the temperature and radial expansion velocities on the one hand and the slope of the transverse momentum distribution of direct photons on the other hand thus is not recovered in UrQMD. The rapidity distribution of direct photons in UrQMD reveals that the initial conditions for the longitudinal expansion of the photon source (the meson fluid ) resemble rather boostinvariance than Landau-like flow.
We study the time scale for pressure equilibration in heavy ion collisions at AGS energies within the three-fluid hydrodynamical model and a microscopic cascade model (UrQMD). We find that kinetic equilibrium is reached in both models after a time of 5 fm/c (center-of-mass time). Thus, observables which are sensitive to the early stage of the reaction differ considerably from the expectations within the instant thermalization scenario (one-fluid hydrodynamical model).
To describe ultrarelativistic heavy-ion collisions we construct a three-fluid hydrodynamical model. In contrast to one-fluid hydrodynamics, it accounts for the finite stopping power of nuclear matter, i.e. for nonequilibrium e ects in the early stage of the reaction. Within this model, we study baryon dynamics in the BNL-AGS energy range. For the system Au+Au we find that kinetic equilibrium between projectile and target nucleons is established only after a time teq CM H 5 fm/c C 2RAu/³CM. Observables which are sensitive to the early stage of the collision (like e.g. nucleon flow) therefore di er considerably from those calculated in the one-fluid model.
Abstract: We study transverse expansion and directed flow in Au(11AGeV)Au reactions within a multi-fluid dynamical model. Although we do not employ an equation of state (EoS) with a first order phase transition, we find a slow increase of the transverse velocities of the nucleons with time. A similar behaviour can be observed for the directed nucleon flow. This is due to non-equilibrium e ects which also lead to less and slower conversion of longitudinal into transverse momentum. We also show that the proton rapidity distribution at CERN energies, as calculated within this model, agrees well with the preliminary NA44-data.
Preliminary inclusive spectra for K+, K-, Ks0, Λ, and are presented which were measured in central Pb + Pb collisions at 158 GeV per nucleon by the NA49 experiment. A comparison with data from lighter collision systems shows a strong change of the shape of the Λ rapidity distribution. The strangeness enhancement observed in S + S compared to p + p and p + A is not further increased in Pb + Pb.
Microscopic calculations of central collisions between heavy nuclei are used to study fragment production and the creation of collective flow. It is shown that the final phase space distributions are compatible with the expectations from a thermally equilibrated source, which in addition exhibits a collective transverse expansion. However, the microscopic analyses of the transient states in the reaction stages of highest density and during the expansion show that the system does not reach global equilibrium. Even if a considerable amount of equilibration is assumed, the connection of the measurable final state to the macroscopic parameters, e.g. the temperature, of the transient "equilibrium" state remains ambiguous.
The data on average hadron multiplicities in central A+A collisions measured at CERN SPS are analysed with the ideal hadron gas model. It is shown that the full chemical equilibrium version of the model fails to describe the experimental results. The agreement of the data with the off-equilibrium version allowing for partial strangeness saturation is significantly better. The freeze-out temperature of about 180 MeV seems to be independent of the system size (from S+S to Pb+Pb) and in agreement with that extracted in e+e-, pp and p{\bar p} collisions. The strangeness suppression is discussed at both hadron and valence quark level. It is found that the hadronic strangeness saturation factor gamma_S increases from about 0.45 for pp interactions to about 0.7 for central A+A collisions with no significant change from S+S to Pb+Pb collisions. The quark strangeness suppression factor lambda_S is found to be about 0.2 for elementary collisions and about 0.4 for heavy ion collisions independently of collision energy and type of colliding system
Ratios of hadronic abundances are analyzed for pp and nucleus-nucleus collisions at sqrt(s)=20 GeV using the microscopic transport model UrQMD. Secondary interactions significantly change the primordial hadronic cocktail of the system. A comparison to data shows a strong dependence on rapidity. Without assuming thermal and chemical equilibrium, predicted hadron yields and ratios agree with many of the data, the few observed discrepancies are discussed.
The directed and elliptic flow of protons and charged pions has been observed from the semi-central collisions of a 158 GeV/nucleon Pb beam with a Pb target. The rapidity and transverse momentum dependence of the flow has been measured. The directed flow of the pions is opposite to that of the protons but both exhibit negative flow at low pt. The elliptic flow of both is fairly independent of rapidity but rises with pt. PACS numbers: 25.75.-q, 25.75.Ld
Mit der Bereitstellung des 208Pb-Strahls durch das CERN-SPS können seit Herbst 1994 Kollisionen schwerster Kerne bei den höchsten zur Zeit in Schwerionenbeschleunigern erreichten Einschußenergien untersucht werden.
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der raumzeitlichen Entwicklung von zentralen Pb-Pb-Kollisionen bei 158 GeV/Nukleon. Diese Untersuchung wurde im Rahmen des Experimentes NA49 durchgefüuhrt und stützt sich auf die Analyse von Bose-Einstein-Korrelationen identischer Pionen. Die Auswertung von rund 40000 zentralen Ereignissen, die in zwei verschiedenen Magnetfeldkonfigurationen mit der zweiten Vertex-Spurendriftkammer des NA49-Experimentes aufgezeichnet wurden, erlaubt hierbei eine annähernd vollständige Untersuchung des pionischen Phasenraumes zwischen zentraler Rapidität und der Projektilhemisphäre.
Auf der experimentellen Seite stellt der Nachweis von mehreren hundert geladenen Teilchen pro Ereignis eine große Herausforderung dar. Daher werden in dieser Arbeit die Optimierung von Spurendriftkammern sowie die verwendeten Analyseverfahren und die erreichte experimentelle Auflösung ausführlich diskutiert. Dabei zeigt sich, daß der systematische Einfluß der erreichten Impuls- und Zweispurauflösung auf die Bestimmung der Bose-Einstein-Observablen vernachlässigbar ist.
Die Messung von Korrelationen ungleich geladener Teilchen bestätigt die Beobachtungen früherer Untersuchungen, wonach die Gamowfunktion als Coulombkorrektur der Bose-Einstein-Korrelationsfunktionen in Schwerionenexperimenten nicht geeignet ist. Ein Vergleich mit einem Modell zeigt, daß diese Messungen konsistent sind mit der Annahme einer endlichen Ausdehnung der Pionenquelle von rund 6 fm. In dieser Arbeitwird zur Korrektur daher eine Parametrisierung der gemessenen Korrelationsstärke ungleich geladener Teilchen benutzt, wodurch die systematischen Unsicherheiten bei der Auswertung der Bose-Einstein-Korrelationsfunktionen erheblich reduziert werden konnten.
Die Auswertung der Bose-Einstein-Korrelationen im Rahmen des Yano-Koonin-Podgoretskii-Formalismus erlaubt eine differentielle Bestimmung der longitudinalen Expansionsgeschwindigkeit. Dabei ergibt sich das Bild eines vornehmlich in longitudinaler Richtung expandierenden Systems, wie es bereits in Schwefel-Kern-Reaktionen bei vergleichbaren Einschußenergien beobachtet wurde. Die Transversalimpulsabhängigkeit der transversalen Radiusparameter ist moderat und verträglich mit einer mäßigen radialen Expansion, deren quantitative Bestätigung allerdings im Rahmen von Modellrechnungen erfolgen muß.
Im Rahmen eines einfachen hydrodynamischen Modells kann die Lebensdauer des Systems zu 7-9 fm/c bei schwacher Abhängigkeit von der Rapidität bestimmt werden. Die Zeitdauer der Pionenemission beträgt etwa 3-4 fm/c und wird damit erstmals in ultrarelativistischen Schwerionenreaktionen als signifikant von Null verschieden beobachtet.
Die Auswertung der Korrelationsfunktion unter Verwendung der Bertsch-Pratt-Parametrisierung liefert Ergebnisse, die mit denen der Yano-Koonin-Podgoretskii-Parametrisierung konsistent sind. Dasselbe gilt für den Vergleich der Analyse positiv und negativ geladener Teilchenpaare sowie unter Verwendung verschiedener Bezugssysteme.
Ein Vergleich mit den Ergebnissen von Schwefel-Kern-Reaktionen deutet an, daß die in Pb-Pb ermittelten Ausfriervolumina nicht mit dem einfachen Bild eines Ausfrierens bei konstanter Teilchendichte vereinbar sind. Vielmehr scheint das Pb-Pb-System bei niedrigerer Dichte auszufrieren. Dies läßt darauf schließen, daß die Ausfrierdichte über die mittlere freie Weglänge mit der Größe des Systems zum Zeitpunkt der letzten Wechselwirkung verknüpft ist.
The transverse momentum and rapidity distributions of net protons and negatively charged hadrons have been measured for minimum bias proton-nucleus and deuteron-gold interactions, as well as central oxygen-gold and sulphur-nucleus collisions at 200 GeV per nucleon. The rapidity density of net protons at midrapidity in central nucleus-nucleus collisions increases both with target mass for sulphur projectiles and with the projectile mass for a gold target. The shape of the rapidity distributions of net protons forward of midrapidity for d+Au and central S+Au collisions is similar. The average rapidity loss is larger than 2 units of rapidity for reactions with the gold target. The transverse momentum spectra of net protons for all reactions can be described by a thermal distribution with temperatures' between 145 +- 11 MeV (p+S interactions) and 244 +- 43 MeV (central S+Au collisions). The multiplicity of negatively charged hadrons increases with the mass of the colliding system. The shape of the transverse momentum spectra of negatively charged hadrons changes from minimum bias p+p and p+S interactions to p+Au and central nucleus-nucleus collisions. The mean transverse momentum is almost constant in the vicinity of midrapidity and shows little variation with the target and projectile masses. The average number of produced negatively charged hadrons per participant baryon increases slightly from p+p, p+A to central S+S,Ag collisions.
We present the measured correlation functions for pi+ pi-, pi- pi- and pi+ pi+ pairs in central S+Ag collisions at 200 GeV per nucleon. The Gamov function, which has been traditionally used to correct the correlation functions of charged pions for the Coulomb interaction, is found to be inconsistent with all measured correlation functions. Certain problems which have been dominating the systematic uncertainty of the correlation analysis are related to this inconsistency. It is demonstrated that a new Coulomb correction method, based exclusively on the measured correlation function for pi+ pi- pairs, may solve the problem.