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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.
A quasiclassical Pauli potential is used to simulate the Fermi motion of nucleons in a molecular dynamical simulation of heavy ion collisions. The thermostatic properties of a Fermi gas with and without interactions are presented. The inclusion of this Pauli potential into the quantum molecular dynamics (QMD) approach yields a model with well defined fermionic ground states, which is therefore also able to give the excitation energies of the emitted fragments. The deexcitation mechanisms (particle evaporation and multifragmentation) of the new model are investigated. The dynamics of the QMD with Pauli potential is tested by a wide range of comparisons of calculated and experimental double-differential cross sections for inclusive p-induced reactions at incident energies of 80 to 160 MeV. Results at 256 and 800 MeV incident proton energy are presented as predictions for completed experiments which are as yet unpublished.
Relativistic heavy ion collisions constitute a prolific source of hyperons: tens of hyperons per event are predicted at energies E≥10 GeV/nucleon, providing a scenario for the formation of metastable exotic multihypernuclear objects. They may exhibit exceptional properties: bound neutral (e.g., 4M2Λ2n, 10M2Λ8n, pure Λ droplets, 8Λ) and even negatively charged composites objects with positive baryon number (e.g., 4M2Σ-2n, 6M2Λ2Ξ-2n) could be formed in rare events. Such negative nuclei can easily be identified in a magnetic spectrometer. They could be considerably more abundant than antinuclei of the same A. We use the relativistic meson-baryon field theory—which gives an excellent description of normal nuclear and single-Λ hypernuclear properties—to calculate the rich spectrum of such exotic objects, their stability, and their structure. We also find solutions for a large variety of bound short-lived nuclei (e.g., 8M2Λ,2Σ-2p2n), which may decay strongly via formation of cascade (Ξ) particles. Multi-Ξ hypernuclei are also evaluated. A variety of potential candidates for such metastable exotic nuclei is presented. It turns out that the properties of such exotic multihypernuclear objects reveal quite similar features as the strangelet proposed as a unique signature for quark-gluon plasma formation in heavy ion collisions.
Experimental results are presented on the charge, velocity, and angular distributions of intermediate mass fragments (IMFs) for the reaction Fe+Au at bombarding energies of 50 and 100 MeV/nucleon. Results are compared to the quantum molecular dynamics (QMD) model and a modified QMD which includes a Pauli potential and follows the subsequent statistical decay of excited reaction products. The more complete model gives a good representation of the data and suggests that the major source of IMFs at large angles is due to multifragmentation of the target residue.
Stopping power and thermalization in relativistic heavy ion collisions is investigated employing the quantum molecular dynamics approach. For heavy systems stopping of the incoming nuclei is predicted, independent of the energy. The influence of the quantum effects and their increasing importance at low energies, is demonstrated by inspection of the mean free path of the nucleons and the n-n collision number. Classical models, which neglect these effects, overestimate the stopping and the thermalization as well as the collective flow and squeeze out. The sensitivity of the transverse and longitudinal momentum transfer to the in-medium cross section and to the pressure is investigated.
We investigate the production of heavy quarks in continuum and bound states in nuclear collisions. Creation rates for free bb and tt quark pairs and for bottomonium and toponium in the ground state are computed at energies of the BNL Relativistic Heavy Ion Collider, CERN Large Hadron Collider (LHC), and Superconducting Super Collider. Central and peripheral heavy-ion collisions are discussed. For top-quark creation we assumed a mass range of 90≤mt≤250 GeV. The creation rate for top quarks in peripheral collisions is estimated to be by a factor 40 to 130 smaller compared with corresponding central collisions. For mt=130 GeV we calculated a creation rate of about 4760 top-quark pairs per day at the LHC (3.5 TeV/nucleon) for Pb-Pb collisions.
We discuss the multiplicity distribution of electron-positron pairs created in the strong electromagnetic fields of ultrarelativistic heavy-ion transits. Based on nonperturbative expressions for the N-pair creation amplitudes, the Poisson distribution is derived by neglecting interference terms. The source of unitarity violation is identified in the vacuum-to-vacuum amplitude, and a perturbative expression for the mean number of pairs is given.
The properties of nuclear matter are studied in the framework of quantum hadrodynamics. Assuming an ω-meson field, periodic in space, a self-consistent set of equations is derived in the mean-field approximation for the description of nucleons interacting via σ-meson and ω-meson fields. Solutions of these self-consistent equations have been found: The baryon density is constant in space, however, the baryon current density is periodic. This high density phase of nuclear matter can be produced by anisotropic external pressure, occurring, e.g., in relativistic heavy ion reactions. The self-consistent fields developing beyond the instability limit have a special screw symmetry. In the presence of such an ω field, the energy spectrum of the relativistic nucleons exhibits allowed and forbidden bands, similar to the energy spectrum of the electrons in solids.
QCD-Summenregeln mit Massen
(1993)
Untersuchungen zu mikrowellenfokussierenden Beschleunigerstrukturen für zukünftige lineare Collider
(1993)
Zur Erforschung immer kleinerer Strukturen der Materie benötigt die Elementarteilchenphysik Teilchenstrahlen höchster Energie. Gegenwärtig sind das Higgs-Boson und das Top-Quarks‘ die Objekte des größten physikalischen Interesses. Das sog. “Top” ist das sechste und bisher noch nicht nachgewiesene Mitglied der Quark-Familie. Seine Masse wird unterhalb von etwa 180GeV vermutet. Das Higgs-Boson spielt im sog. Standardmodell der Elementarteilchen eine wichtige Rolle. Seine Masse wird ebenfalls im Bereich zwischen 100 und 200GeV vermutet. Es gibt eine gute Chance, das Top am Protonen- Antiprotonen-Beschleuniger TEVATRON des Fermilab in Chicago nachzuweisen. Seine physikalischen Eigenschaften lassen sich aber erst an zukünfligen Beschleunigem mit höherer Energie bestimmen. Gegenwärtig werden daher mehrere verschiedene Beschleunigerkonzepte erwogen oder sind bereits in Planung bzw. im Bau. Das Spektrum reicht dabei von Protonen-Antiprotonen- bis zu Elektronen-Positronen-Maschinen. Ein vielversprechender Ansatz zur Erzeugung der benötigten Teilchenenergien ist der lineare Elektronen-Positronen-Collider, im folgenden immer als linearer Collider bezeichnet. Das Verhältnis von Meßsignal zu Hintergrund ist bei e+-e-Kollisionen besser als bei Protonen-Kollisionen. Es entstehen keine Partonen, wodurch die zur Verfugung stehende Energie effektiver genutzt werden kann [ 11. Weiterhin ist der lineare Collider im Vergleich zu einer zirkularen Maschine gleicher Endenergie und Luminosität auf lange Sicht kostengünstiger, da keine zusätzliche Hf-Leistung zur Kompensation von Synchrotronstrahlungsverlusten nötig ist. Die für die Experimente erforderliche hohe Luminosität bedingt Teilchenstrahlen von niedrigster Emittanz und geringster Energieverschmierung sowohl innerhalb eines einzelnen Teilchenpaketes als auch zwischen den Bunchen selbst [2]. Zur Erhaltung der Strahlqualität über die volle Lange des Beschleunigers ist es deshalb notwendig, ein akkurates Strahlführungssystem zu entwickeln, das es gestattet, auftretenden Strahlinstabilitäten wirksam zu begegnen. Grund der Instabilitäten sind elektromagnetische Felder, sogenannte Wake- oder Kielwellenfelder, die die Teilchen bei der Durchquerung des Beschleunigers selbst anfachen. Die Teilchenpakete werden dadurch radial von der Achse abgelenkt, sie werden verformt und erfahren eine Impulsverschmierung. Transversale Einzelbunch-Instabilitäten (SBBU, Single Bunch Beam Breakup) kann man durch die Einführung einer Energieverschmierung innerhalb eines Teilchenpakets bekämpfen; in Verbindung mit einer äußeren Strahlführung erreicht man eine Bedämpfung der Instabilität [3]. Als Alternative oder Ergänzung zu äußeren Fokussierungsmaßnahmen erscheint es deshalb interessant, inwieweit man durch geeignete Modifikationen an den Beschleunigerstrukturen die Hochfrequenzfelder selbst zur Erzeugung der benötigten Fokussierung heranziehen kann. Da es sehr schwierig ist, die für das Experiment geforderte Luminosität mit einem einzelnen Bunch zu erzeugen, muß man mehrere Teilchenpakete in kurzem Abstand durch den Beschleuniger schicken. Jetzt erfährt aber jeder Bunch die aufsummierten Wakefelder der ihm vorausfliegenden Teilchenpakete. Um zu verhindern, daß die transversale Strahlablage inakzeptabel groß wird, müssen Maßnahmen zur Kontrolle dieser Vielteilchen-Instabilitäten (MBBU, Multibunch Beam Breakup) getroffen werden. Das bedeutet, die Güten dieser als Long-Range-Wakes bezeichneten Störmoden müssen, je nach Collider, durch konstruktive Maßnahmen auf Werte in der Größenordnung von zehn abgesenkt werden. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit theoretischen Anwendungsmöglichkeiten von hochfrequenzfokussierenden Beschleunigerstrukturen in linearen Collidem bei Einzel- und Multibunch-Betrieb. In Kap. 2 wird eine kurze Einführung in die Problematik von Höchstenergiebeschleunigem gegeben. Anschließend werden in Kap. 3 Irisstrukturen und ihre Kenngrößen behandelt. Kap. 4 gibt eine Einführung in das Wakefeld-Konzept. Es wird untersucht, welche Resonatormoden für den Strahl gefährlich sind; die Wakepotentiale werden mit Resonatorkenngrößen in Verbindung gebracht. In Kap. 5 schließt sich eine Betrachtung zum SBBU an. Es wird untersucht, inwieweit Irisstrukturen und Rechteckblendenstrukturen (MWQ-Strukturen) zur direkten Hochfrequenzfokussierung eingesetzt werden können. Die Eigenschaften einer MWQ-Struktur werden vermessen und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Beispiele fiir hypothetische Collider in verschiedenen Frequenzbereichen werden diskutiert. Im anschließenden Kap. 6 wird der Mechanismus des MBBU erläutert und Möglichkeiten zur Bedämpfung insbesondere von MWQ-Strukturen im Multibunch-Betrieb untersucht. Meßergebnisse an Modellstrukturen werden vorgestellt und am Beispiel von einem S- und X-Band- Collider diskutiert.
To reach high luminosities in future linear colliders short range wakes havea to be controlled in the range of X-band frequencies or higher. Rectangular irises can be used to introduce strong focusing quadrupole-like rf-fields. Even circular irises in iris-loaded accelarator structures have the capability of focusing if the particle velocity differs from phase velocity. Theoretical investigations concerning the focusing strength to be expected are presented. Their applicability for linear colliders is discussed.
Triple differential cross sections d3 sigma /dp3 for charged pions produced in symmetric heavy-ion collisions were measured with the KaoS magnetic spectrometer at the heavy-ion synchrotron facility SIS at GSI. The correlations between the momentum vectors of charged pions and the reaction plane in 197Au+197Au collisions at an incident energy of 1 GeV/nucleon were determined. We observe, for the first time, an azimuthally anisotropic distribution of pions, with enhanced emission perpendicular to the reaction plane. The anisotropy is most pronounced for pions of high transverse momentum in semicentral collisions.
Using relativistic Green’s-function techniques we examined single-electron excitations from the occupied Dirac sea in the presence of strong external fields. The energies of these excited states are determined taking into account the electron-electron interaction. We also evaluate relativistic transition strengths incorporating retardation, which represents a direct measure of correlation effects. The shifts in excitation energies are computed to be lower than 0.5%, while the correlated transition strengths never deviate by more than 10% from their bare values. A major conclusion is that we found no evidence for collectivity in the electron-positron field around heavy and superheavy nuclei.
We study dilepton production from a quark-gluon plasma of given energy density at finite quark chemical potential μ and find that the dilepton production rate is a strongly decreasing function of μ. Therefore, the signal to background ratio of dileptons from a plasma created in a heavy-ion collision may decrease significantly.
Viscous hydrodynamic calculations of high energy heavy-ion collisions (Nb-Nb and Au-Au) from 200 to 800 MeV/nucleon are presented. The resulting baryon rapidity distributions, the in-plane transverse momentum transfer (bounce-off), and the azimuthal dependence of the midrapidity particles (off-plane squeeze out) compare well with Plastic Ball data. We find that the considered observables are sensitive both to the nuclear equation of state and to the nuclear shear viscosity η. Transverse momentum distributions indicate a high shear viscosity (η≊60 MeV/fm2 c) in the compression zone, in agreement with nuclear matter estimates. The bulk viscosity ζ influences only the entropy production during the expansion stage; collective observables like flow and dN/dY do not depend strongly on ζ. The recently observed off-plane (φ=90°) squeeze-out, which is found in the triple-differential rapidity distribution, exhibits the strongest sensitivity to the nuclear equation of state. It is demonstrated that for very central collisions, b=1 fm, the squeeze-out is visible even in the double-differential cross section. This is experimentally accessible by studying azimuthally symmetric events, as confirmed recently by data of the European 4π detector collaboration at Gesellchaft für Schwerionforschung Darmstadt.
Strange hadronic matter
(1993)
In an extended mean field theory, we find a large class of bound multistrange objects, formed from combinations of {p,n,Λ,Ξ0,Ξ-} baryons, which are stable against strong decay. We predict a maximal binding energy per baryon of EB/A≊-21 MeV, strangeness per baryon fs≊1.2, charge per baryon fq≊-0.1 to 0, and baryon density 2.5–3 times that of ordinary nuclei. For A≥6, we obtain stable combinations involving only {Λ,Ξ0,Ξ-} hyperons.