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We analyze the phase structure of the nonlinear mean-field meson theory of baryonic matter (nucleons plus delta resonances). Depending on the choice of the coupling constants, we find three physically distinct phase transitions in this theory: a nucleonic liquid-gas transition in the low temperature, Tc<20 MeV, low density, ρ≃0.5ρ0, regime, a high-temperature (T≃150 MeV) finite density transition from a gas of massive hadrons to a nearly massless baryon, antibaryon plasma, and, third, a strong phase transition from the nucleonic fluid to a resonance-dominated ‘‘delta-matter’’ isomer at ρ>2ρ0 and Tc<50 MeV. All three phase transitions are of first order. It is shown that the occurrence of these different phase transitions depends critically on the coupling constants. Since the production of pions also depends strongly on the coupling constants, it is seen that the equation of state cannot be derived unambiguously from pion data.
We study the dynamics of high energy heavy ion collisions through the Vlasov-Uehling-Uhlenbeck approach. Equilibration is observed, for central collisions. It is shown that the produced entropy, the pion multiplicity, flow angle, and transverse momentum distributions saturate at the moment of maximum compression and temperature. The effects of the nuclear equation of state and the Pauli principle are investigated. For the flow angle distribution there is a 20 deg reduction of the peak flow angle due to the Pauli principle. A stiff equation of state results in a 10–20 deg increase over the soft equation of state at all energies. The transverse momentum at projectile rapidity exhibits a peak structure as a function of impact parameter b. A 40% difference between soft and hard equation of state is observed for the peak impact parameter, i.e., for intermediate multiplicities.
The final states of central Ca + Ca and Nb + Nb collisions at 400 and 1050 MeV/nucleon and at 400 and 650 MeV/nucleon, respectively, are studied with two independently developed statistical models, namely the classical microcanonical model and the quantum-statistical grand canonical model. It is shown that these models are in agreement with each other for these systems. Furthermore, it is demonstrated that there is essentially a one-to-one relationship between the observed relative abundances of the light fragments p, d, t, 3He, and α and the entropy per nucleon, for breakup temperatures greater than 30 MeV. Entropy values of 3.5–4 are deduced from high-multiplicity selected fragment yield data.
We demonstrate that momentum-dependent nuclear interactions (MDI) have a large effect on the dynamics and on the observables of high-energy heavy-ion collisions: A soft potential with MDI suppresses pion and kaon yields much more strongly than a local hard potential and results in transverse momenta intermediate between soft and hard local potentials. The collective-flow angles and the deuteron-to-proton ratios are rather insensitive to the MDI. Only simultaneous measurements of these observables can give clues on the nuclear equation of state at densities of interest for supernova collapse and neutron-star stability.
The recent attempts to extract the temperature in the late stage of medium energy (20–60 MeV/nucleon) heavy ion collisions from the yields of γ- and particle-instable fragments are discussed. The quantum statistical model is employed to demonstrate that feeding from instable states distorts the yields used for the temperature determination severely. Some particle instable fragments are only moderately affected by feeding. These selected species can still be useful for determining the temperature. The breakup temperatures of the fragment conglomerate extracted with this method are T≃4–8 MeV, much smaller than the corresponding slope factors, which indicate T∼15 MeV.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die katalytische Wirkung von massenselektierten Edelmetallclustern in photographischen Entwicklern an möglichst praxisnahen photographischen Modellsystemen untersucht, um die bei der Belichtung und der anschließenden Entwicklung von photographischen Filmmaterialien ablaufenden Prozesse besser verstehen zu können. Hierzu wurden präformierte und anschließend massenspektrometrisch größenselektierte Edelmetallclusterionen sanft auf photographische Emulsionskörner aufgebracht und anschließend untersucht, wie die deponierten Clusterionen die chemische Reduktion dieser gelatinefreien Silberhalogenid-Mikrokristalle im Entwickler beeinflussen. Apparatives Kernstück ist eine in den letzten drei Jahren in der Arbeitsgruppe von Prof. L. Wöste an der Freien Universität in Berlin entwickelte Anlage mit der es möglich ist, Edelmetallcluster definierter Größe in so ausreichender Menge durch Sputtern zu erzeugen, daß auch nach kurzen Depositionszeiten genügend viele Cluster auf Oberflächen deponiert werden können. Hohe Teilchenströme von Silbercluster-Kationen wurden über einen weiten Größenbereich (Ag1 + -Ag34+) erzeugt. Der Silbercluster mit der geringsten Intensität im Spektrum, das besonders interessante Ag4 +, wurde mit einem Clusterstrom von 800 pA bei guter Massenauflösung erzeugt. Für Silbercluster-Anionen erzielt man annähernd die gleichen Teichenströme wie für die entsprechenden -Kationen. Durch Sputtern von Gold-Silber-Mischtargets ließen sich AunAgm+-Clusterionen bis zu einer Masse von 2200 amu erzeugen. Um die Forderung nach einem langsamen Aufbringen der Cluster auf die Oberfläche („soft landing“) zu erfüllen, wurden die Cluster mit Hilfe von zwei mit Stoßgas gefüllten Quadrupolen abgebremst. Durch die so verwirklichte sanfte Deposition der Cluster ist es erstmals gelungen, die photographische Wirkung der auf primitive Emulsionskörner deponierten Cluster in definierter, reproduzierbarer und daher aussagekräftiger Weise zu untersuchen. Das war möglich, weil die Depositionsenergien der Cluster (< 1 eV) unterhalb der Bindungsenergien der hier deponierten Edelmetallcluster liegen und somit eine Verfälschung der Resultate durch Fragmentation der Clusterionen ausgeschlossen werden konnte. Es konnte nachgewiesen werden, daß erst ab Depositionsenergien von ³ 5 eV eine vermehrte Fragmentation der Cluster zu erwarten ist. Ob ein Silbercluster an einem Emulsionskorn dessen bevorzugte Entwickelbarkeit einleitet, hängt nicht nur von der Größe des Aggregates und seiner Ladung ab, sondern auch vom Redoxpotential des photographischen Entwicklers. Positiv geladene Silbercluster aus mindestens vier Atomen (Agn+, n³4) katalysieren den Entwicklungsprozeß der Emulsionskörner bei Redoxpotentialen, die negativer als -310 mV (Ag/AgCl-Referenzelektrode) sind. Aber auch Ag3+-Cluster führen noch zu einer Entwickelbarkeit, wenn das Redoxpotential unterhalb -350 mV liegt. Im Gegensatz zu Ag3+-Clustern können Ag3--Cluster, ebenso wie Ag4+-Cluster, die Entwicklung bereits bei einem Redoxpotential von -310 mV katalysieren. Kleinere Silberaggregate, ob positiv oder negativ geladen, führen nicht zu einer bevorzugten Entwickelbarkeit der mit ihnen belegten Silberhalogenidkörner. Ein Einfluß der Kornmorphologie (Kuben, Oktaeder, T-grains) auf die kritische Clustergröße konnte nicht nachgewiesen werden. Erstmals war es auch möglich, Gold-Silber-Mischclusterionen auf ihre photographische Wirkung hin zu untersuchen. Dabei zeigte sich, daß die katalytische Wirkung von Gold-Silber-Mischclusterionen auf die Entwickelbarkeit der sie enthaltenden Emulsionskörner allein durch den Silberanteil der Cluster bestimmt wird. Mischcluster Ag1Aum+ (m³2) und Ag2Aum+ (m³1) katalysieren die Entwicklung nicht, unabhängig vom Redoxpotential. Dagegen leiten Ag3Aum + (m³2), entsprechend den Agn+-Clustern (n³4) bei Redoxpotentialen negativer als -310 mV die Entwicklung ein. Mischcluster mit höherem Silberanteil (AgnAum+; n³4, m³1) ändern ihre katalytische Wirkung gegenüber reinen Silberclustern entsprechender Größe nicht. Erstmals konnte auch der Begriff „Goldlatensifikation“ präzisiert werden. Die hier gefundnen Ergebnisse zeigen eindeutig, daß von einer solchen nur dann gesprochen werden kann, wenn sich die Goldatome an das Trimer anlagern. Dagegen kann die alleinige Substitution von Silber durch Gold sowohl als empfindlichkeitssteigernder Mechanismus bei der Goldlatensifikation als auch bei der Goldreifung ausgeschlossen werden. Reine Goldcluster-Kationen bis zum Au7 + zeigen keine katalytische Wirkung.
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.
In the present paper we develop the essential theoretical tools for the treatment of the dynamics of High Energy Heavy Ion Collisions. We study the influence of the nuclear equation of state and discuss the new phenomena connected with phase transitions in nuclear matter (pion condensation). Furthermore we investigate the possibility of a transition from nuclear to quark matter in High Energy Heavy Ion Collisions. In this context we discuss exotic phenomena like strongly bound pionic states, limiting temperatures, and exotic nuclei.
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.