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A method is presented to define unique continuum states for the two-center Dirac Hamiltonian. In the spherical limit these states become the familiar angular-momentum eigenstates of the radial Coulomb potential. The different states for a fixed total energy ‖E‖>m may be distinguished by considering the asymptotic spin-angular distribution of states with unique scattering phases. The first numerical solutions of the two-center Dirac equation for continuum states are presented.
We present calculations for the impact-parameter dependence of K-shell ionization rates in p¯-Cu and in p¯-Ag collisions at various projectile energies. We show that the effect of the attractive Coulomb potential on the Rutherford trajectory and the antibinding effect caused by the negative charge of the antiproton result in a considerable increase of the ionization probability. Total ionization cross sections for proton and antiproton projectiles are compared with each other and with experimental ionization cross sections for protons.
Semicentral Ar+KCl, La+La, and Ar+Pb collisions at 800 MeV/nucleon were studied using a streamer chamber. The results are analyzed in the framework of the transverse momentum analysis and in terms of the average sphericity matrix. A critical examination of the analysis procedures, both experimental and theoretical, is given. New procedures are described to account for overall momentum conservation in the reaction, and to correct for azimuthal variations in the detection efficiency. Average transverse momenta per nucleon in the reaction plane are presented for deuterons emitted in the forward hemisphere, as these provide the most reliable information. A Vlasov-Uehling-Uhlenbeck calculation with a stiff equation of state gives a good fit to the momenta in the Ar+Pb reaction. Flow effects parametrized further using the sphericity tensor are found stronger than in the cascade model and consistently weaker than predicted by hydrodynamics. Parameters from the sphericity tensor exhibit a larger variation as a function of multiplicity than do the average momenta per nucleon.
We demonstrate that strangeness separates in the Gibbs-phase coexistence between a baryon-rich quark-gluon plasma and hadron matter, even at T=0. For finite temperatures this is due to the associated production of kaons (containing s¯ quarks) in the hadron phase while s quarks remain in the deconfined phase. The s-s¯ separation results in a strong enhancement of the s-quark abundance in the quark phase. This mechanism is further supported by cooling and net strangeness enrichment due to the prefreezeout evaporation of pions and K+, K0, which carry away entropy and anti- strangeness from the system. Metastable droplets (i.e., stable as far as weak interactions are not regarded) of strange-quark matter (‘‘strangelets’’) can thus be formed during the phase transition. Such cool, compact, long-lived clusters could be experimentally observed by their unusually small Z/A ratio (≤0.1–0.3). Even if the strange-quark-matter phase is not stable under strong interactions, it should be observable by the delayed correlated emission of several hyperons. This would serve as a unique signature for the transient formation of a quark-gluon plasma.
We study effects of the mean field in hot compressed nuclear matter in the context of the Vlasov Uehling-Uhlenbeck theory. The expansion of a spherical distribution at different temperatures is studied along with collisions of Nb+Nb and Au+Au at lab energies from 50 to 1050 MeV/nucleon. In both the expansion and the actual heavy ion collision simulation, a transition behavior is seen only at the lowest temperature (T<10 MeV) or bombarding energy (E=50 MeV/nucleon), where the attractive part of the mean field is able to bind the expanding matter. At the lowest energy one thus sees the formation of a central residue, whereas at higher bombarding energies there is complete disintegration of the centrally colliding nuclei. The spectrum of emitted nucleons is found to be much hotter than the kinetic energy spectrum of the central emitting region. The extracted temperature slope parameters are in agreement with recent data.
Streamer chamber data for collisions of Ar + KCl and Ar + BaI2 at 1.2 GeV/nucleon are compared with microscopic model predictions based on the Vlasov-Uehling-Uhlenbeck equation, for various density-dependent nuclear equations of state. Multiplicity distributions and inclusive rapidity and transverse momentum spectra are in good agreement. Rapidity spectra show evidence of being useful in determining whether the model uses the correct cross sections for binary collisions in the nuclear medium, and whether momentum-dependent interactions are correctly incorporated. Sideward flow results do not favor the same nuclear stiffness parameter at all multiplicities.
We calculate angular correlations between coincident electron-positron pairs emitted in heavy-ion collisions with nuclear time delay. Special attention is directed to a comparison of supercritical and subcritical systems, where angular correlations of pairs produced in collisions of bare U nuclei are found to alter their sign for nuclear delay times of the order of 2 × 10-21 s. This effect is shown to occur exclusively in supercritical systems, where spontaneous positron creation is active.
We investigate the influence of additional nonlinear terms in the Dirac Lagrangian on strongly bound electron states in heavy and superheavy atoms. Upper bounds for the coupling constants are deduced by comparison with precision spectroscopy data in QED. We demonstrate that nonlinear interactions may cause significant modifications of electron binding energies in superheavy quasiatomic systems which would not be visible in ordinary atomic-physics measurements.
We study a relativistic model of the nucleus consisting of nucleons coupled to mesonic degrees of freedom via an effective Lagrangian whose parameters are determined by a fit to selected nuclear ground-state data. We find that the model allows a very good description of nuclear ground-state properties. Because of the relativistic nature of the model, the spin properties are uniquely fixed. We discuss variations of the parametrization and of the data which suggest that the present fit has exhausted the limits of the mean-field approximation, and discuss extensions which go beyond the mean field.
Positron creation in crossed-beam collisions of high-energy, fully stripped heavy ions is investigated within the coupled-channel formalism. In comparison with fixed-target collisions of highly stripped heavy-ion projectiles positron production probabilities are enhanced by more than one order of magnitude. The increase results from the possibility to excite electrons from the negative energy continuum into all bound states. The positron spectrum is shifted towards higher energies because of the absence of electron screening. Rutherford scattering as well as nuclear collisions with time delay are investigated. We also discuss the filling of empty bound states by electrons from pair-production processes.
Hf-Fokussierung
(1989)
The quantum molecular dynamic method is used to study multifragmentation and fragment flow and their dependence on in-medium cross sections, momentum dependent interactions, and the nuclear equation of state, for collisions of 197Au+197Au and 93Nb+93Nb in the bombarding energy regime from 100 to 800A MeV. Time and impact parameter dependence of the fragment formation and their implications for the conjectured liquid-vapor phase transition are investigated. We find that the inclusive fragment mass distribution is independent of the equation of state and exhibits a power-law behavior Y(A)∼A-τ with an exponent τ≊-2.3. True multifragmentation events are found in central collisions for energies Elab∼30–200 MeV/nucleon. The associated light fragment (d,t,α) to proton ratios increase with the multiplicity of charged particles and decrease with energy, in agreement with recent experiments. The calculated absolute charged particle multiplicities, the multiplicities of intermediate mass (A>4) fragments, and their respective rapidity distributions do compare well with recent 4π data, but are quite insensitive to the equation of state. On the other hand, these quantities depend sensitively on the nucleon-nucleon scattering cross section, and can be used to determine σ experimentally. The transverse momentum flow of the complex fragments increases with the stiffness of the equation of state. Reduced (in-medium) n-n scattering cross sections reduce the fragment flow. Momentum dependent interactions increase the fragment flow. It is shown that the measured fragment flow at 200A MeV can be reproduced in the model. We find that also the increase of the px/A values with the fragment mass is in agreement with experiments. The calculated fragment flow is too small as compared to the plastic ball data, if a soft equation of state with in-medium corrections (momentum dependent interactions plus reduced cross sections) is employed. An alternative, most intriguing resolution of the puzzle about the stiffness of the equation of state could be an increase of the scattering cross sections due to precritical scattering in the vicinity of a phase transition.
Nuclear transport models including density- and momentum-dependent mean-field effects are compared to intranuclear-cascade models and tested on recent data on inclusive p-like cross sections for 800A-MeV La+La. We find a remarkable agreement between most model calculations but a systematic disagreement with the measured yield at 20°, possibly indicating a need for modification of nuclear transport properties at high densities.
Shock discontinuities around the confinement-deconfinement transition in baryon-rich dense matter
(1989)
Parity mixing of electron states should be extremely strong for heliumlike uranium. We calculate its size and discuss whether it could be determined experimentally. We analyze one specific scheme for such an experiment. The required laser intensities for two-photon spectroscopy of the 23P0–2 1S0level splitting is of the order of 1017 W/cm2. A determination of parity mixing would require at least 1021 W/cm2.
Collisions of Si(14.5A GeV+Au are investigated in the relativistic-quantum-molecular-dynamics approach. The calculated pseudorapidity distributions for central collisions compare well with recent experimental data, indicating a large degree of nuclear stopping and thermalization. Nevertheless, nonequilibrium effects play an important role in such complex multihadron reactions: They lead to a strong enhancement of the total kaon production cross sections, in good agreement with the experimental data, without requiring the formation of a deconfined quark-gluon plasma.
Nuclear resonance fluorescence experiments have been performed on the deformed actinide nucleus 236U. Bremsstrahlung of 3.9 MeV endpoint energy has been used as the photon source. The scattered photons were detected by three high resolution Ge- gamma -spectrometers installed at scattering angles of 92°, 128°, and 150°, respectively. Precise excitation energies, decay branching ratios, and ground state decay widths of numerous previously unknown spin 1 states in the excitation energy range 1.8-3.2 MeV have been extracted. The dipole strength has been found to be concentrated in the energy range 2.1-2.5 MeV. The systematics of the so-called scissors mode observed as a result of the previous ( gamma , gamma ') and (e,e') experiments on 232Th and 238U and, in particular, their combined analysis suggests likewise to attribute these new dipole excitations in 236U to the orbital M1 scissors mode.
Within a relativistic mean-field theory (RMFT) experimental data on the single-particle spectra of lambda hypernuclei are well reproduced. It is shown that the coupling constants cannot be fixed unambiguously from the single-particle spectra. The stability and structure of multi-lambda hypernuclei is explored on the basis of the RMFT using the coupling constants as determined from the observed single lambda hypernuclear levels. It is predicted that multistrange nuclei exhibit an enhanced interaction radius, which further increases in the case of finite temperatures. We suggest that multi-lambda hypernuclei could be produced in high-energy heavy ions and observed in secondary noncharge-changing reactions. The equation of state of lambda matter and the possibility of pure lambda droplets are also discussed.
Inclusive neutron spectra were measured at 0°, 4°, 8°, 15°, 30°, and 42° from Nb-Nb and Au-Au collisions at 800 MeV/nucleon. A peak that originates from neutron evaporation from the projectile appears in the spectra at angles out to 8°. The shapes and magnitudes of the spectra are compared with those calculated from models of nucleus-nucleus collisions. The differential cross sections for Au-Au collisions are about four times those for Nb-Nb collisions. The predictions of the Vlasov-Uehling-Uhlenbeck (VUU) and QMD theories agree with the angular distributions of the differential cross sections except at small angles; the VUU prediction overestimates the angular distributions from a few degrees to about 20°, whereas the QMD prediction underestimates the angular distributions below 8°. The Firestreak model overestimates the angular distribution for Nb-Nb collisions and underestimates it for Au-Au collisions. Also, the VUU and QMD models agree with the measured double-differential cross sections in more angular and energy regions than the Firestreak and intranuclear cascade models; however, none of the models can account for the peaks at small angles (θ≤15°).
We investigate the hydrodynamical flow of nuclear matter in a conical-shock-wave scenario of a central, asymmetric heavy-ion collision. This work is motivated by a suggestion of Chapline and Granik that the creation of a deconfined phase of quarks and gluons behind the shock will appreciably increase the deflection angle of the matter flow. We employ several hadron matter equations of state recently suggested to solve the conical-shock-wave problem and compare the results with a calculation using the bag equation of state. We find that large differences in the deflection angle obtained in the rest frame of the shock vanish in the laboratory system. However, a signature for the deconfinement transition may be the transverse momentum of the matter flow, which is up to a factor of 2 larger for the quark-gluon plasma. Thus, an excitation function of the mean transverse momentum would show an increase at a certain bombarding energy, signaling the onset of the deconfinement transition.
The angular distribution of electrons and positrons emitted in internal pair conversion is calculated. Coulomb-distorted waves are used as electron wave functions. Nuclear transitions of various multipolarities L>0 and of magnetic (ML) and of electric (EL) type are considered as well as E0 conversion. Analytical expressions for the angular correlation are derived, which are evaluated numerically assuming a finite extension of the nucleus and, for the EL and ML conversion, also in the point-nucleus approximation. The calculated angular correlations are compared with results obtained within the Born approximation and, for the E0 case, with experimental data.
The magnetic dipole scattering of neutrinos by the electrostatic potentials of single atoms as well as crystals is investigated. It is shown that scattering by a rigid cubic lattice can amplify the neutrino-atom cross section by a factor of N1/3, N being the number of scatterers. However, comparing the results with typical weak-interaction cross sections, the effect seems to be not observable in experiment.
The anion transport protein of the human erythrocyte membrane, band 3, was solubilized and purified in solutions of the non-ionic detergent nonaethylene glycol lauryl ether and then reconstituted in spherical egg phosphatidylcholine bilayers as described earlier (U. Scheuring, K. Kollewe, W. Haase, and D. Schubert, J. Membrane Biol. 90, 123-135 (1986)). The resulting paucilamellar proteoliposom es of average diameter 70 nm were transformed into smaller vesicles by French press treatment and fractionated according to size by gel filtration. The smallest protein-containing liposomes obtained had diameters around 32 nm; still smaller vesicles were free of protein. All proteoliposome samples studied showed a rapid sulfate efflux which was sensitive to specific inhibitors of band 3-mediated anion exchange. In addition, the orientation of the transport protein in the vesicle membranes was found to be “right-side-out” in all samples. This suggests that the orientation of the protein in the vesicle membranes is dictated by the shape of the protein’s intramembrane domain and that this domain has the form of a truncated cone or pyramid.
We study the transition from fusion-fission phenomena at about 20 MeV/nucleon multifragmentation at 100–200 MeV/nucleon in the reaction 16O+80Br employing the quantum molecular dynamics model. The time evolution of the density and mass distribution, the charged-particle multiplicity, and spectra as well as angular distributions of light particles are investigated. The results exhibit the transition of the disassembly mechanism, but no sharp change is found. The results are in good agreement with recently measured 4-Pi data.
We investigate the onset of multifragmentation employing an improved version of the N-body ‘‘quantum’’ molecular-dynamics approach. We study in detail the reaction 18O+197Au at 84 MeV/nucleon and find good agreement between the calculated results and the data for the double-differential proton cross section, the mass yield, the multiplicity, the kinetic energy of the fragments, and even for the kinematic correlations between intermediate mass fragments (IMF’s), which have been measured in this experiment for the first time. We observe a strong correlation between the impact parameter and both the size of the target remnant as well as the average proton multiplicity. Hence both observables can be used to determine the impact parameter experimentally. The IMF’s come from the most central collisions. The calculations confirm the experimental result that they are not emitted from an equilibrated system. Although the inclusive energy spectra look thermal, we cannot identify an impact parameter-independent isotropically emitting source. Even in central collisions global equilibrium is not observed. We find that multifragment emission at this bombarding energy is caused by a process very similar to that proposed in the macroscopic cold multifragmentation model. Thus it has a different origin than at beam energies around 1 GeV/nucleon, although the mass yield has an almost identical slope.
Nuclear transport models are important tools for interpretation of many heavy-ion experiments and are essential in efforts to probe the nuclear equation of state. In order to fulfill these roles, the model predictions should at least agree with observed single-particle-inclusive momentum spectra; however, this agreement has recently been questioned. The present work compares the Vlasov-Uehling-Uhlenbeck model to data for mass-symmetric systems ranging from 12C+12C to 139La+139La, and we find good agreement within experimental uncertainties at 0.4A and 0.8A GeV. For currently available data, these uncertainties are too large to permit effective nucleon-nucleon scattering cross sections in the nuclear medium to be extracted at a useful level of precision.
We present a new type of flow analysis, based on a particle-pair correlation function, in which there is no need for an event-by-event determination of the reaction plane. Consequently, the need to correct for dispersion in an estimated reaction plane does not arise. Our method also offers the option to avoid any influence from particle misidentification. Using this method, streamer chamber data for collisions of Ar+KCl and Ar+BaI2 at 1.2 GeV/nucleon are compared with predictions of a nuclear transport model.
Distillation and survival of strange quark matter droplets in ultrarelativistic heavy ion collisions
(1991)
Recently it has been suggested that rather cold droplets of absolutely stable or metastable strange-quark matter may be distilled in heavy-ion collisions during the phase transition from a baryon-rich quark-gluon plasma (QGP) to hadron matter. Here we present a model describing the hadronization of the QGP through particle emission, which is based solely on thermodynamical arguments. Pions and K+’s and K0’s carry away entropy and antistrangeness from the system, thus facilitating the cooling process and the strangelet formation. Our results are supported by revised more sophisticated rate calculations. Two rather unexpected results are obtained when this model is applied to the investigation of strangelet production. The strangeness separation mechanism and the formation process works well even for higher initial entropies per baryon, tantamount to higher bombarding energies. The surviving strangelets have a rather high strangeness content, fs∼1.2–2 [i.e., Z/A∼(-0.1)–(-0.5)]. Hence droplets of strange-quark matter with a baryon number of ∼10–30 and with a negative charge may be produced. They may serve as a unique signature for the transient formation of a quark-gluon plasma in heavy-ion collisions.
The statistical model is used to illustrate the consequences of a successive binary decay mechanism as the initial nuclear excitation is pushed towards the limits of stability. The partition of the excitation energy between light and heavy fragments is explicitly calculated, as are the consequences of the decay of the primary light fragments to particle-bound residual nuclei which would be observed experimentally. The test nucleus 100 44 Ru is considered at initial excitations of 100, 200, 400, and 800 MeV. Exit channels of n, p, and α; and 100 clusters of 3 ≤ Z ≤ 20 ≤ 4, 6 ≤ A ≤ 48 are considered from all nuclides in the deexcitation cascade. The total primary and final cluster yields are shown versus Z and initial excitation. The primary versus final yields are also shown individually for 12C, 26Mg, and 48Ca. We show how multifragmentation yields will change with the excitation energy due to a successive binary decay mechanism. Measurements that may be prone to misinterpretation are discussed, as are those that should be representative of initial nucleus excitation.
We consider the contribution of nuclear polarization to the Lamb shift of K- and L-shell electrons in heavy atoms and quasiatoms. Our formal approach is based on the concept of effective photon propagators with nuclear-polarization insertions treating effects of nuclear polarization on the same footing as usual QED radiative corrections. We explicitly derive the modification of the photon propagator for various collective nuclear excitations and calculate the corresponding effective self-energy shift perturbatively. The energy shift of the 1s1/2 state in 92238U due to virtual excitation of nuclear rotational states is shown to be a considerable correction for atomic high-precision experiments. In contrast to this, nuclear-polarization effects are of minor importance for Lamb-shift studies in 82208Pb.
The energy dependence of rapidity distributions and flow effects was studied in central Ar+Pb collisions at 400, 800, and 1800 MeV/nucleon using a streamer chamber. Rapidity distributions for proton and pions are found to have a Gaussian shape whereas those for deuterons exhibit a two-peak structure at the two higher energies. The average in-plane transverse momentum per/nucleon and per/event shows saturation of flow around 800 MeV/nucleon for this asymmetric system. The aspect ratio of the sphericity tensor is closely correlated with the flow angle. This correlation appears to be independent of beam energy. The number of participating nucleons in central collisions varies from 213 at 400 to 135 at 1800 MeV/nucleon indicating that at the lowest energy almost the entire target nucleus participates in the collision.
Determination of field strength and quality factor of heavily HOM damped accelerator cavities
(1992)
Two methods of of measuring field strength in accelerator cavities, heavily damped with respect to higher order modes (HOM), are presented. From the results of the field measurements the coupling (damping) factor and thus the quality factor of the damped resonator can be derived. Measurements of a pillbox resonator with heavily damped TM110-mode (Q < 20) demonstrate the usefulness of the techniques presented, even in this extreme range.
Die vorliegende Arbeit befallt sich im theoretischen Teil mit den Grundlagen zu Strahl-Resonator-Wechselwirkungen bei Beschleunigerresonatoren und mit den sich daraus ergebenden Konsequenzen bei der Resonatorentwicklung für zukünftige lineare Kollider mit Multibunch-Betrieb. Zur Bekämpfung der vor allem im Multibunchbetrieb störenden Long-Range-Wakefelder müssen die schädlichen Moden möglichst so stark bedämpft werden, daß ihre Felder bis zum Eintreffen des nächsten Bunches auf ein erträgliches Maß abgeklungen sind. Im experimentellen Teil befaßt sich diese Arbeit daher mit der Entwicklung von Meßmethoden zur Bestimmung sehr kleiner Resonatorgüten sowie sehr kleiner transversaler Shuntimpedanzen bzw. sehr kleiner Feldpegel in stark störmodenbedämpften Beschleunigerresonatoren. Diese Meßmethoden sind an mehreren S-Band-Modellresonatoren (Betriebsfrequenz lag bei etwa 2.4 GHz) mit verschiedenen Dämpfungssystemen, die für den Einbau in einen normalleitenden Linearbeschleuniger für einen Kollider geeignet wären, erfolgreich getestet worden. Die Feldmessungen an den Modellresonatoren haben bisher unbekannte Gesetzmäßigkeiten bezüglich des Verhaltens dieser Dämpfungssysteme ergeben. In einer kurzen Beschreibung und Diskussion der sechs wichtigsten Vorschläge für zukünftige lineare Kollider wurde ein Überblick über die Unterschiede bei diesen verschiedenen Konzepten gegeben. Zunächst konnten über eine qualitative Diskussion der beim Linearbeschleuniger vom Iristyp vorkommenden Beam Blowup Phänomene, wie der regenerative BBU und der cumulative BBU, die Erscheinungsformen und die physikalischen Ursachen dieser BBU Phänomene verstanden werden. Hier zeigt sich, daß bei Irisstrukturen die HEM11-Moden die Hauptursache sowohl für den regenerativen- als auch für den cumulativen BBU sind. Der dritte Abschnitt führte in eine allgemeine Methode zur quantitativen Beschreibung der sogenannten Strahl-Resonator-Wechselwirkung ein. Diese Methode heißt Condon- Methode und erlaubt die Berechnung von BBU verursachenden Wakefeldern über eine Eigenwellenentwicklung aus den Eigenmoden des leeren Rersonators. Im vierten Abschnitt wurde durch die Herleitung des Theorems von Panofsky-Wenzel die Theorie der Strahl-Resonator-Wechselwirkung vervollständigt, wonach der einer Testladung während der Durchquerung eines felderfüllten Resonators mitgeteilte Transversalimpuls vollständig durch die räumliche Verteilung der elektrischen Longitudinalkomponente allein bestimmt ist. Damit erhält man also eine Aussage über die Wirkung der in Beschleunigerresonatoren feldanfachenden vorauslaufenden Ladungen auf die nachfolgenden. Dabei konnte auch die Frage geklärt werden, welche Moden zylindrischer Symmetrie wegen ihrer transversal ablenkenden Wirkung für den Teilchenstrahl gefährlich sind. Hier zeigt sich, daß alle BBU verursachenden Moden TM2np- bzw. TM2np-Moden sind, d.h., die Moden mit dipol- bzw. quadrupolartiger Symmetrie. Die Anwendung der in den Abschnitten drei und vier entwickelten Theorie zur Strahl-Resonator-Wechselwirkung konnte im Abschnitt fünf anhand dreier, für die Beschleunigerphysik sehr interessanter Beispiele gezeigt werden. Im ersten Beispiel gelang die Beschreibung der Wechselwirkung eines in Längsrichtung homogenen Strahls, welcher transversal Betatranschwingungen vollführt, mit der TM110-Mode eines Zylinderresonators. Dieses Beispiel ist von praktischer Bedeutung bei Linearbeschleunigern. die bei hohem Duty Cycle betrieben werden, also z.B. beim RACE TRACK Mikrotron oder bei supraleitenden Linacs. Beim zweiten Beispiel hat die Anwendung der Theorie auf eine Irisstruktur zu Formeln geführt, die sich Fair eine numerische Berechnung des Startstroms zum regenerativen BBU eignen, was jedoch relativ aufwendig ist. Es konnte aber auch eine einfache Abschätzungsformel für den Startstrom durch die Anwendung des Poyntingschen Satzes auf eine differentielle Länge des der Irisstruktur entsprechenden Wellenleiters abgeleitet werden. Aus der Bedingung, daß die durch den Strahl erzeugte Leistung pro Längeneinheit gleich den Leistungsverlusten pro Längeneinheit ist, findet man den Startstrom für den regenerativen BBU. Das letzte Beispiel, die Wechs 1 e Wirkung einer hochrelativistischen Punktladung mit einem beliebigen Resonator, ist auch das wichtigste. Hier wurden die Wakefelder aus einer simplen Energiebilanzbetrachtung abgeleitet, da eine Berechnung nach der Condon-Methode relativ aufwendig und langwierig wäre. Diese Vorgehensweise hat hier zu einem tieferen physikalischen Verständnis der Vorgänge im Resonator geführt. Die mit Hilfe einer Punktladung abgeleiteten Wakefelder sind Greensfunktionen. die zur quantitativen Beschreibung des cumulativen BBU’s bei linearen Kollidern benutzt werden können. Die Diskussion der anhand der Beispiele gewonnenen Ergebnisse am Ende des fiinften Abschnitts führte zu verschiedenen Maßnahmen zur Verringerung der schädlichen Strahl-Resonator-Wechselwirkung. Hier hat sich gezeigt, daß sowohl der regenerative BBU als auch der cumulative BBU u. a. durch eine Verringerung der Resonatorgüte der strahlstörenden Dipolmode verhindert werden können. Im sechsten Abschnitt erfolgte die noch ausstehende quantitative Beschreibung des cumulativen BBU mit Hilfe der im vorangehenden Abschnitt am dritten Beispiel gewonnenen Formeln für die Wakefelder. Die Berechnung der Strahlablage und Strahlrichtung geschieht hier über einen Matrizenformalismus, der aus der Idee heraus entstand, die Beschleunigersektionen des linearen Kolliders durch Resonatoren verschwindender Länge zu ersetzen. Uber den Matrizenformalismus konnte die durch den Einfluß von Beschleunigung, Fokussierung und Wakefeldern doch recht komplizierte Teilchenbewegung sehr elegant formuliert werden, jedoch eignet sich dieser Formalismus nur für numerische Zwecke. Abschätzungen sind in diesem allgemeinen Fall unmöglich. Durch die Einführung eines sehr restriktiven Modells, des sogenannten DAISY-CHAIN Modells, welches nur bei sehr stark bedämpften Beschleunigersektionen gültig ist. hat sich der Matrizenformalismus auf sehr einfache, der analytischen Berechnung zugängliche Gleichungen reduzieren lassen. Die Bedämpfung der Beschleunigersektionen muß dabei so stark sein, daß eine Ladung innerhalb einer ganzen Kette äquidistanter Ladungen nur ein signifikantes Wakefeld der unmittelbar vorrauslaufenden Ladung erfährt. Wie stark im Einzelfall bedämpft werden muß, um einen stabilen Transport einer Kette von Teilchenpaketen zu ermöglichen, konnte anhand zweier, in der Betriebsfrequenz unterschiedlicher Konzepte für normalleitende Linearbeschleuniger zukünftiger Kollider gezeigt werden. Dabei wurde deutlich, daß man bei ausschließlicher Anwendung von in Bezug auf die HEM11-pi-Mode stark bedämpften Beschleunigerstrukturen zur Kontrolle des cumulativen BBU bei einer hohen Betriebsfrequenz, z.B. im X-Band (11.45 GHz), sehr unbequem niedrige Gütewerte von ca. Q=5 erreichen muß. Das ist, wie sich im praktischen Teil der vorliegenden Arbeit gezeigt hat, vom technischen Aufwand her gesehen sehr schwierig. Für einen X-Band-Kollider wird man also eine Kombination von Maßnahmen zur Kontrolle des cumulativen BBU’s bevorzugen, z.B. neben dem Bedämpfen auch das sogenannte “Detunen” der Beschleunigersektionen. Bei einem Linearbeschleuniger im S-Band (Betriebsfrequenz bei 3 GHz) befindet man sich von vornherein bei ausschließlicher Verwendung gedämpfter Strukturen in bequemeren Gütebereichen Q ungefähr gleich 20-50, was ohne weiteres praktikabel ist. Aber auch hier kann man durch Zusatzmaßnahmen die Anforderungen an die Resonatordämpfung weiter reduzieren. Als erste Methode zur Bestimmung der Güte eines störmodenbedämpften Beschleunigerresonators wurde die Chipman-Methode angewendet. Meßobjekt war hier das dreizellige Modell einer Irisstruktur mit Halbzellenabschluß. Zur Auskopplung der dominanten Störmode, der sogenannten HEM11-Mode, war die mittlere Irisblende einseitig geschlitzt. Bei diesem Modell lag die Frequenz der als Beschleunigermode vorgesehenen TM010-2pi/3-Mode etwa bei 2.35 GHz und die Frequenz der dominanten Störmode, der HEM11-pi-Mode, lag bei etwa 2.81 GHz. Die mittlere geschlitzte Irisblende war austauschbar, so daß eine Messung der durch das Dämpfungssystem belasteten Güte QL bzw. des Koppelfaktors K in Abhängigkeit von der Schlitzhöhe möglich war. Die Messungen ließen sich bei diesem Koppelsystem ohne Schwierigkeiten durchrühren, bei der größten möglichen Schlitzhöhe von 10 mm wurde auch der größte Koppelfaktor mit 46 gemessen. Bei einer vom Dämpfungssystem unbelasteten Güte von Q0=4500 korrespondiert ein Koppelfaktor von K=46 mit einer durch das Dämpfungssystem belasteten Güte von QL = 100. Ein Mangel wurde bei der Anwendung der Chipman-Methode sofort sichtbar: Durch die Anregung der HEM11-pi-Mode von der Meßleitung aus sind im Koppelsystem offenbar Störmoden angeregt worden. Liegen diese Störmoden nahe bei der zu messenden Resonanz, dann ist eine präzise Bestimmung des Koppelfaktors unmöglich. Glücklicherweise war das hier nicht der Fall. Die Messungen mit der einseitig geschlitzten Irisblende haben gezeigt, daß dieses Dämpfungssystem Anwendung finden könnte bei Beschleunigerstrukturen im S-Band. wie sie z.B beim DESY/THD-Kollider vorgeschlagen wurden. Natürlich kann bei den hier erreichten Koppelfaktoren nicht die Dämpfung der schädlichen HEM11-pi- Mode die alleinige Maßnahme sein, die einseitig geschlitzte Irisblende könnte nur zusammen mit dem Detunen angewendet werden. Da die einseitig geschlitzte Irisblende auch eine Feldasymmetrie bei der Beschleunigermode erzeugt, müssen die Dämpfer entlang einer Beschleunigersektion alternierend angebracht werden, d.h. jeder Dämpfer ist im Bezug zum nächsten Nachbardämpfer um 90° gedreht. Die 90° ergeben sich aus der Notwendigkeit, auch die Dämpfung der zweit en Polarisationsebene der HEM11-pi-Mode zu gewährleisten. Als zweite, der Chipman-Methode sehr ähnliche Methode, wurde die Kurzschlußschiebermethode angewendet. Erstes Untersuchungsobjekt war die bei der Chipman- Methode bereits erwähnte dreizeilige Irisstruktur. Ein Vorteil im Vergleich zur Chipman-Methode ist vor allem die schnelle Durchführbarkeit der Messung bei wenig experimentellem Aufwand, wenn auch die Kurzschlußschiebermethode weniger präzise ist, und man auf einige Informationen, wie z.B. der Verlauf des Reflexionsfaktors und dessen Phase, verzichten muß. Im Vergleich mit der Chipman-Methode waren die mit der Kurzschlußschiebermethode gemessenen Koppelfaktoren immer um etwa 10-15% höher. Das liegt vor allem daran, daß die Theorie zur Kurzschlußschiebermethode von einem verlustfreien Resonator-Hohlleitersystem ausgeht, so daß die nach dieser Theorie ermitteten Koppelfaktoren prinzipiell zu groß sind. Auch bei dieser Methode hat sich gezeigt, daß eine Auswertung der Meßergebnisse scheitern muß, falls ein Modenüberlapp auftritt. Bei Experimenten mit komplizierteren Dämpfungssystemen, bestehend aus mehr als vier Hohlleitern an Resonatoren mit mehr als zwei Zellen ist deutlich geworden, daß eine Bestimmung des Koppelfaktors über die Kurzschlußschiebermethode durch die entstehende Modenvielfalt praktisch unmöglich ist. Es stellte sich heraus, daß bei der Auswertung der Meßergebnisse dadurch ein Fehler entsteht, wenigstens bei sehr starker Dämpfung, daß man die Feldverteilung als konstant animmt, denn bei dem Vergleich der unbelasteten Güte Q0 mit der vom Dämpfungssystem belasteten Güte QL geht man davon aus, daß die Feldverteilungen im ungedämpften- und gedämpften Fall identisch sind. Das kann bei Koppelfaktoren im Bereich von einigen zehn bis zu einigen hundert nicht mehr zutreffen, da das Feld der Mode immer stärker in das Dämpfungssystem eindringt, je stärker die Kopplung ist. Das ändert die Modengeometrie natürlich in dramatischer Weise und die belastete Güte QL kann dann nicht mehr einfach über die Gleichung QL=Q0/(1+ K) aus den gemessenen Größen Q, und K ausgerechnet werden, da der Koppelfaktor K nun nicht mehr konstant sein kann, sondern im Gegenteil sich sehr stark ändert, je nachdem an welcher Stelle die Felder gemessen werden. Ein weiterer Mangel bei beiden Methoden ist, daß über diese Methoden weder die longitudinale noch die transversale Shuntimpedanz bestimmt werden kann. Ein Ausweg aus diesem Dilemma war die Anwendung zweier neuer Meßmethoden, die Antennenmethode und die nichtresonante Störkörpermethode. Diese beiden Methoden beruhen im Gegensatz zu den ersten beiden Methoden auf einer direkten Bestimmung der Feldpegel bzw. der transversalen Shuntimpedanz im bedämpften Resonator was den Vorteil hat, daß im Resonator genau das Feld bzw. die Shuntimpedanz vermessen wird, welches die Teilchen bei der Durchquerung des Resonators auch tatsächlich sehen. Die Antennenmethode war eine komplette Neuentwicklung, während es sich bei der nichtresonante Störkörpermethode um die Anwendung einer seit 1966 bekannten, jedoch in Vergessenheit geratenen Theorie handelte. Beide Meßmethoden konnten am Beispiel eines im Bezug auf die TM110-Mode (Frequenz bei ca. 3.2 GHz) sehr stark bedämpften Zylinderresonators (Die Frequenz der TM010-Mode lag bei ca. 2.049 GHz) erfolgreich getestet werden. Die durch das Dämpfungssystem belastete Güte QL war hier ca. 10. Bei der Bestimmung der longitudinalen elektrischen Feldstärken bzw. der longitudinalen Shuntimpedanz der TM110-Mode in Abhängigkeit vom axialen Abstand vor und nach der Bedämpfung konnten zunächst folgende Feststellungen gemacht werden: 1) Die Modengeometrie im ungedämpften- und gedämpften Fall unterscheiden sich sehr stark voneinander. Dadurch mißt man verschiedene Koppelfaktoren, je nachdem an welcher Stelle man die Felder mißt. 2) der maximal gemessene Koppelfaktor liefert über die Gleichung QL=Q0/(1+K) die richtige beklastete Güte QL. 3) Der höchste Koppelfaktor wurde bei der Feldmessung in einem Achsortabstand vom halben Radius des Zylinderresonators gemessen. Da die beiden Meßmethoden das Verhältnis der elektrischen Feldstärkequadrate in Abhängigkeit vom Meßort vor und nach der Bedämpfung liefern, konnte die zweite Feststellung nur durch eine Kontrollmessung mit Hilfe der Kurzschlußschiebermethode, die hier dank des einfachen Aufbaus leicht durchfiihrbar war, gemacht werden. Die Kurzschlußschiebermessung lieferte eine Güte QL ungefähr gleich 9, während der höchste bzw. der niedrigste mit den beiden neuen Megmethoden ermittelte Koppelfaktor mit einer Güte von QL ungefähr gleich 11 bzw. mit einer Güte von QL ungefähr gleich 14 korrespondierte, d.h. also. daß der höchste gemessene Koppelfaktor für dieses Dämpfungssystem die richtige Resonatorgüte liefert. Anhand eines zweizeiligen Resonators (Die Frequenz der TM010-2pi/3-Beschleunigermode lag bei ca. 2.35 GHz) mit beidseitig geschlitzter Irisblende als Dämpfungssystem für die HEM11-pi-Mode (ca. 3.5 GHz) konnte gezeigt werden, daß die zweite Feststellung eine Gesetzmäßigkeit bei spiegelsymmetrischen Dämpfungssystemen ist. Im Unterschied zum Zylinderresonator wurde der höchste mit der richtigen bedämpften Güte QL ungefähr gleich 37 korrespondierend Koppelfaktor K ungefähr gleich 153 jedoch direkt auf der Resonatorachse gemessen. Die bedämpfte Güte wurde auch hier wieder mit Hilfe der Kurzschlußschiebermethode kontrolliert. Ein sehr interessantes Verhalten zeigte der gleiche zweizeilige Resonator mit einseitig geschlitzter Irisblende als Dämpfungssystem. Hier korrespondierte der in der Nähe der Resonatorwand gemessene niedrigste Koppelfaktor mit der bedämpften Güte QL ungefähr gleich 230 des Resonators. In Achsennähe hingegen war der Koppelfaktor etwa dreimal höher, K ungefähr gleich 82, als aus der der Güteerniedrigung K ungefähr gleich 35 nach der Dämpfung hervorgegangen wäre, die transversale Shuntimpedanz ist also auch etwa um den Faktor 3 erniedrigt. Durch dieses Verhalten ist der einseitig bedämpfte Resonator für die Verwendung bei einem linearen Kollider im S-Band (hier muß nicht so stark bedämpft werden) interessant geworden, denn wenn nur wenige Zellen einer Beschleunigersektion mit einem Dämpfungssystem ausgerüstet werden müssen, ist es wichtig in diesen Zellen ein effektives Dämpfungssystem bei Gewährleistung eines einwandfreien Transports der Feldenergie der HEM11-pi-Mode in diese gedämpften zu haben. Das funktioniert einerseits nur, wenn sich die Resonanzfrequenz der gedämpften Zellen in Bezug auf die HEM11-pi-Mode auf die Resonanzfrequenz der benachbarten ungedämpften Zellen einstellen läßt und andererseits die mit einer Dämpfung einhergehende schlechtere Anregungsfähigkeit dieser Störmode in den gedämpften Zellen nicht zu schlecht ist. Bei einer zu starken Dämpfung wäre beides nicht möglich. Zusammenfassend kann man sagen, daß durch die Antennen- und die nichtresonante Störkörpermethode ein für die Entwicklung von störmodenbedämpften Beschleunigerresonatoren für zukünftige lineare Kollider und natürlich auch anderer Elektronenbeschleuniger sehr wirksames Instrument zur Verfügung steht. Ein detailliertes Design eines für einen bestimmten Beschleuniger passenden Dämpfungssystems ist mit Hilfe dieser Meßmethoden möglich geworden, da kleine Unterschiede zwischen verschiedenen Ausführungen von Dämpfungssystemen meßbar sind. Durch die bei der Anwendung der Meßmethoden auf unterschiedliche bedämpfte Resonatoren gefundenen Gesetzmäßigkeiten ist unter anderem auch die Frage geklärt worden, auf welche Weise ein Dämpfungssystem auch auf numerischem Wege mit Hilfe von Computerprogrammen wie z.B. MAFIA berechnet werden kann.
By replacing the irises in an electron linac by a slit one gets a structure capable of focussing/defocussing an electron beam (rf-quadrupoles). Therefore one can think of a combination of rf- and conventional magnetic quadrupoles for transversal focussing in linear-colliders. Furthermore they can meet the demands of BNS-damping without initial energy spread. Considering multibunch-operation of a collider, the long-range wake behaviour of this kind of structure has to be investigated. A three-cell structure has been built and investigated for dipole-type transversal long-range wakes. The experimental results are compared to numerical simulations done with MAFIA.
We present a calculation of antiproton yields in Si+Al and Si+Au collisions at 14.5A GeV in the framework of the relativistic quantum molecular dynamics approach (RQMD). Multistep processes lead to the formation of high-mass flux tubes. Their decay dominates the initial antibaryon yield. However, the subsequent annihilation in the surrounding baryon-rich matter suppresses the antiproton yield considerably: Two-thirds of all antibaryons are annihilated even for the light Si+Al system. Comparisons with preliminary data of the E802 experiment support this analysis.
Strong correlations between baryon stopping in the projectile rapidity hemisphere and target excitation have been found in the light-ion-induced reactions at the BNL Alternating Gradient Synchrotron (AGS) (E814 group). Results in the framework of the relativistic molecular dynamics approach (RQMD) describe recent E814 data quite well. We discuss the RQMD results together with proton and pion data from the E802 group near midrapidity. They have raised the question of whether partial transparency could be seen in these experiments. The RQMD results indicate strong transverse baryon flow in central Si+Au collisions after the projectile has been stopped in the target.