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The extension of the Periodic System into hitherto unexplored domains - anti- matter and hypermatter - is discussed. Starting from an analysis of hyperon and single hypernuclear properties we investigate the structure of multi-hyperon objects (MEMOs) using an extended relativistic meson field theory. These are contrasted with multi-strange quark states (strangelets). Their production mechanism is stud- ied for relativistic collisions of heavy ions from present day experiments at AGS and SPS to future opportunities at RHIC and LHC. It is pointed out that abso- lutely stable hypermatter is unlikely to be produced in heavy ion collisions. New attention should be focused on short lived metastable hyperclusters ( / 10 10s) and on intensity interferometry of multi-strange-baryon correlations.
We calculate the evolution of quark-gluon-plasma droplets during the hadronization in a thermodynamical model. It is speculated that cooling as well as strangeness enrichment allow for the formation of strangelets even at very high initial entropy per baryon S/Ainit H 500 and low initial baryon numbers of Ainit B H 30. It is shown that the droplet with vanishing initial chemical potential of strange quarks and a very moderate chemical potential of up/down quarks immediately charges up with strangeness. Baryon densi- ties of H 2 0 and strange chemical potentials of µs > 350 MeV are reached if strangelets are stable. The importance of net baryon and net strangeness fluctuations for the possible strangelet formation at RHIC and LHC is em- phasized. Pacs-Classif.: 25.15.tr, 12.38.Mh, 24.85.tp
The rapidity distribution of thermal photons produced in Pb+Pb collisions at CERN-SPS energies is calculated within scaling and three- fluid hydrodynamics. It is shown that these scenarios lead to very different rapidity spectra. A measurement of the rapidity dependence of photon radiation can give cleaner insight into the reaction dynamics than pion spectra, especially into the rapidity dependence of the temperature.
Triple differential cross sections of pions in heavy ion collisions at 1 GeV/nucl. are studied with the IQMD model. After discussing general properties of resonance and pion production we focus on azimuthal correlations: At projectile- and target-rapidities we observe an anticorrelation in the in-plane transverse momentum between pions and protons. At c.m.-rapidity, however, we find that high pt pions are being preferentially emitted perpendicular to the event-plane. We investigate the causes of those correlations and their sensitivity on the density and momentum dependence of the real and imaginary part of the nucleon and pion optical potential.
In the framework of RQMD we investigate antiproton observables in massive heavy ion collisions at AGS energies and compare to preliminary results of the E878 collaboration. We focus here on the considerable influence of the real part of an antinucleon nucleus optical potential on the ¯p momentum spectra. Pacs-numbers: 14.20 Dh, 25.70.-z
Spectra of various particle species have been calculated with the Quantum Molecular Dynamics (QMD) model for very central collisions of Au+Au. They are compatible with the idea of a fully stopped thermal source which exhibits a transversal expansion besides the thermal distribution of an ideal gas. How- ever, the microscopic analyses of the local flow velocities and temperatures indicate much lower temperatures at densities associated with the freeze-out. The results express the overall impossibility of a model-independent determi- nation of nuclear temperatures from heavy ion spectral data, also at other energies (e.g. CERN) or for other species (i.e. pions, kaons, hyperons)
In the framework of the relativistic quantum molecular dynamics approach (RQMD) we investigate antideuteron (d) observables in Au+Au collisions at 10.7 AGeV. The impact parameter dependence of the formation ratios d/p2 and d/p2 is calculated. In central collisions, the antideuteron formation ratio is predicted to be two orders of magnitude lower than the deuteron formation ratio. The d yield in central Au+Au collisions is one order of magnitude lower than in Si+Al collisions. In semicentral collisions di erent configuration space distributions of p s and d s lead to a large squeeze out e ect for antideuterons, which is not predicted for the p s.
We demonstrate the importance of the Bose-statistical effects for pion production in relativistic heavy-ion collisions. The evolution of the pion phase-space density in central collisions of ultrarelativistic nuclei is studied in a simple kinetic model taking into account the effect of Bose-simulated pion production by the NN collisions in a dense cloud of mesons.
We investigate the sensivity of pionic bounce-off and squeeze-out on the density and momentum dependence of the real part of the nucleon optical potential. For the in-plane pion bounce-off we find a strong sensivity on both the density and momentum dependence whereas the out-of-plane pion squeeze-out shows a strong sensivity only towards the momentum dependence but little sensivity towards the density dependence.
Strong mean meson fields, which are known to exist in normal nuclei, experience a violent deformation in the course of a heavy-ion collision at relativistic energies. This may give rise to a new collective mechanism of the particle production, not reducible to the superposition of elementary nucleon-nucleon collisions.
The Monte Carlo parton string model for multiparticle production in hadron-hadron, hadron-nucleus, and nucleus-nucleus collisions at high energies is described. An adequate choice of the parameters in the model gives the possibility of recovering the main results of the dual parton model, with the advantage of treating both hadron and nuclear interactions on the same footing, reducing them to interactions between partons. Also the possibility of considering both soft and hard parton interactions is introduced.
Wir haben uns mit der Leitfähigkeitsdynamik von Barium-Natrium-Niobat-Kristallen (BSN-Kristallen) auseinandergesetzt und haben verschiedene Untersuchungen zum Themenkreis Lyapunov-Exponenten anhand von experimentellen BSN-Zeitreihen durchgeführt. Als einen typischen größten Lyapunov-Exponenten von chaotischen BSN-Zuständen erhalten wir Werte in der Größenordnung von 0.1 / s. Der Maximalwert entspricht ca. 3.5 bits pro Attraktorumlauf. Wir beobachten für die Mehrzahl der chaotische BSN-Zustände entlang der unersuchten Ruelle-Takens-Newhouse-Route (RTN-Route) zwei positive Lyapunov-Exponenten mit einem schmalen Übergangsbereich in dem wir nur einen positiven Lyapunov-Exponenten erkennen. Diesen Befund interpretieren wir als eine kompleer werdende Dynamik mit wachsender Stromstärke durch den Kristall, die wir auch durch eine kompliziertere Attraktorstruktur der BSN-Zustände entlang der RTN-Route ins Chaos bestätigen können. Die Abschätzung von Lyapunov-Exponenten der BSN-Zustände entlang der RTN-Route bestätigen die meisten der Ergebnisse, die wir bisher mit anderen Verfahren erhalten haben. Die Kolmogorov-Entropie K1 die wir mit Gleichung (5) aus den positiven Lyapunov-Exponenten bestimmen, ist allerdings um etwa einen Faktor vier kleiner als Abschätzungen der Entropie K2, die sich aus Korrelationsbetrachtungen in vorangegangenen Untersuchungen ergeben haben. Durch die Untersuchungen zu lokalisierten Lyapunov-Exponenten erhalten wir eine detailliertere Beschreibung der BSN-Dynamik im rekonstruierten Ersatz-Phasenraum. Wir erkennen an verschiedenen Beispielen, daß die Attraktoren von BSN-Zuständen entlang der RTN-Route durch mindestens einen markanten Bereich mit großen positiven lokalisierten Lyapunov-Exponeten ausgezeichnet sind. Bezüglich der Variation der Attraktoren entlang der RTN-Route beobachten wir, wie sich bevorzugt diese Bereiche in ihrer Form verändern. Die chaotischen Zustände sind durch eine Attraktorregion ausgezeichnet, die einen sichtbar größeren lokalisierten Lyapunov-Exponenten besitzt, als die restlichen Gebiete. Wir führen diese Beobachtung auf das lokale Aufbrechen eines 2-Frequenz-Torus zurück und können diese Vermutung durch Untersuchungen zu einem chaotischen Zustand aus der RTN-Route belegen. Die Simulationsergebnisse zur BSN-Modellgleichung zeigen, daß die Gleichung innerhalb der untersuchten Parameterbereiche kein chaotisches Verhalten generiert. Die aus experimentellen Daten angepaßten Parametervektoren ->k deuten darauf hin, daß die Lösungen periodische Inseln in einer Fixpunktlandschaft darstellen. Mit den entwickelten Methoden zur Bestimmung von Lyapunov-Exponenten aus Delay-Differentialgleichungen stellen wir die Grundlage bereit, um zukünftige Untersuchungen an gekoppelten Modellgleichungen durchführen zu können.
Zwei- und Viel-Teilchen-Korrelationen in zentralen Schwerionenkollisionen bei 200 GeV pro Nukleon
(1995)
Korrektur der durch ein inhomogenes Magnetfeld verursachten Verzerrungen in einer Spurendriftkammer
(1995)
The components of the nuclear inertia tensor, functions of the separation distance R and of the radius of the light fragment R2, BRR(R,R2), BRR2(R,R2), and BR2R2(R,R2) are calculated within the Werner-Wheeler approximation, by using the parametrization of two intersected symmetric or asymmetric spheres. Analytical relationships are derived. When projected to a path R2=R2(R), the reduced mass is obtained at the touching point. The two one-dimensional parametrizations with R2=const, and the volume V2=const previously studied, are found to be particular cases of the present more general approach. Illustrations for the cold fission, cluster radioactivity, and α decay of 252Cf are given.
The experimental cold-fission yields for the system 233U(nth, f) are analyzed as function of the effective total excitation energy (TXE). The nuclear level density effect is taken into account at higher TXE, in order to benefit by the lower experimental data uncertainty as well as to avoid the quantitative account of the level densities close to fragment ground states. In this way the odd-even staggering which appears in the yields extrapolated at zero excitation energy by using the level densities, vanishes. We conclude that the cold nuclear fragmentation theory including the dynamical model describes well the experimental data.
An alternative theoretical description of axial electron channeling in the multi-GeV region has been developed. We solve a kinetic equation to evaluate an electron distribution function in axially oriented single crystals. Based on the single-string model, the required matrix elements for radiation and scattering by lattice vibrations are calculated employing solutions of the Dirac equation in cylindrical coordinates. Results obtained for 150-GeV electrons propagating along the <110> axis of germanium are in good agreement with experimental observations.
We investigate the influence of nuclear masses, radii, and interaction potentials on 12C radioactivity of 114the best representative of a new island of cluster emitters leading to daughter nuclei around the doubly magic 100Sn. Three different models are considered: one derived by Blendowske, Fliessbach, and Walliser (BFW) from the many-body theory of alpha decay, as well as our analytical (ASAF) and numerical (NuSAF) superasymmetric fission models. A Q value larger by 1 MeV or an ASAF potential barrier reduced by 3% are producing a half-life shorter by 2 orders of magnitude. A similar effect can be obtained within BFW and NuSAF by a decrease of the action integral with less than 10% and 5%, respectively. By increasing the radius constant within ASAF or BFW models by 10%, the half-life becomes shorter by 3 orders of magnitude.
HADES : ein Dielektronenspekrometer hoher Akzeptanz für relativistische Schwerionenkollisionen
(1995)
Das Dielektronenspektrometer HADES (High Acceptance Dielectron Spectrometer) wird gegenwärtig am Schwerionensynchrotron der Gesellschaft für Schwerionenforschung (Darmstadt) aufgebaut. Die Spektroskopie von Elektron-Positron-Paaren (Dielektronen) aus Kern-Kern-Kollisonen mit Projektilenergien von 1 bis 2 GeV/Nukleon verspricht einen Einblick in die Eigenschaften von Hadronen bei Dichten, die das Dreifache von normaler Kerndichte erreichen. Es wird erwartet, daß sich die Massenverteilung der unterhalb der Schwelle erzeugten leichten Vektormesonen rho. omega und phi anhand ihres Zerfalls in Dielektronen experimentell untersuchen läßt. Die Beobachtung von Massenänderungen kann Hinweise auf die Restauration der im Vakuum gebrochenen chiralen Symmetrie geben. Die Eigenschaften des Spektrometers wurden in der vorliegenden Arbeit mit Simulationsrechnungen (GEANT) untersucht und optimiert. Zur Leptonenidentifizierung dient ein ortsempfindlicher Cerenkov-Zähler (RICH1) mit Gasradiator, azimutal symmetrischem Spiegel und V-Photonendetektor. Durch die geometrische Anordnung des RICH und mit sechs supraleitenden Spulen in toroidaler Anordung erreicht HADES eine Polarwinkelakzeptanz von 18 bis 85 Grad. Die Feldverteilung ist der kinematischen Impulsverteilung angepaßt und garantiert Feldfreiheit im RICH. Je ein Paar Minidriftkammern vor und hinter dem Magnetfeldbereich messen die Trajektorie zur anschließenden Rekonstruktion von Impuls, Winkel und Vertex. Zuletzt passieren die Teilchen META, eine Detektorkombination von Szintillatoren und Schauerdetektor. Aus der Multiplizität geladener Teilchen in den Szintillatoren werden zentrale Kollisionen für den Trigger der ersten Stufe selektiert. Den Trigger der zweiten Stufe definieren zwei erkannte Ringe im RICH, die jeweils einem Elektronensignal in META zuzuordnen sind. HADES ist ein Experiment der zweiten Generation. Die Messungen mit dem Dileptonenspektrometer DLS am BEVALAC (Berkeley, USA) ergaben nur für leichte Stoßsysteme e+e- -Spektren guter Statistik. HADES besitzt mit 35% die hundertfache geometrische e+e- - Akzeptanz des DLS. Darüber hinaus können mit einer Massenauflösung von weniger als 1% (DLS 12%) die e+e- -Beiträge von omega- und rho-Meson getrennt werden. Es ist für die Anforderungen von Au+Au-Kollisionen bei hohen Kollisionsraten von 106 pro Sekunde konzipiert. Bei einer Anzahl von bis zu 170 Protonen und 20 geladenen Pionen sowie mehr als 0.1 e+e- -Paaren durch den pi 0-Zerfall werden pro zentralerKollision etwa 10 exp 6 Dielektronen aus dem rho- oder omega-Zerfall erwartet. Leptonen, die aus dem Zerfall verschiedener pi 0-Mesonen stammen, bilden kombinatorische e+e- -Paare, die auch im e+e- -Massenbereich der Vektormesonen beitragen können. Durch Rekonstruktion und durch Methoden der Untergrunderkennung wird der e+e- -Untergrund um nahezu zwei Größenordnungen unterdrückt, während die Effizienz für echte Dielektronen etwa 55% beträgt. Die Leptonen des verbleibenden Untergrunds stammen zu mehr als 50% aus dem pi-0-Dalitz-Zerfall und zu etwa 40% aus externer Paarkonversion von ..-Quanten des Zerfalls pi 0.. , wobei Konversionsprozesse im Radiatorgas und im Target zu gleichen Teilen beitragen. pi 0-Dalitz-Zerfall überwiegt im kombinatorischen Massenspektrum bis 500 MeV/c2 ; oberhalb von 500 MeV/c2 dominiert externe Paarkonversion.
According to the Walecka mean field theory of nuclear interaction the collective mutual deceleration of the colliding nuclei gives rise to the bremsstrahlung of real and virtual ! mesons. It is shown that decays of these mesons may give a noticeable contribution to the observed yields of the baryon antibaryon pairs, dileptons and pions. Excitation functions and rapidity distributions of particles produced by this mechanism are calculated under some simplifying assumptions about the space time variation of meson fields in nuclear collisions. The calculated multiplicities of coherently produced particles grow fast with the bombarding energy, reaching a saturation above the RHIC bombarding energy. In the case of central Au+Au collisions the bremsstrahlung mechanism becomes comparable with particle production in incoherent hadron hadron collisions above the AGS energies. The rapidity spectra of antibaryons and pions exhibit a characteristic two hump structure which is a consequence of incomplete projectile target stopping at the initial stage of the reaction. The predicted distribution of e+e pairs has a strong peak at invariant masses Me+e < 0.5 GeV.
Quantum Molecular Dynamics (QMD) calculations of central collisions between heavy nuclei are used to study fragment production and the creation of collective flow. It is shown that the final phase space distributions are compatible with the expectations from a thermally equilibrated source, which in addition exhibits a collective transverse expansion. However, the microscopic analyses of the transient states in the intermediate reaction stages show that the event shapes are more complex and that equilibrium is reached only in very special cases but not in event samples which cover a wide range of impact parameters as it is the case in experiments. The basic features of a new molecular dynamics model (UQMD) for heavy ion collisions from the Fermi energy regime up to the highest presently available energies are outlined.
We argue that the recent analysis of strangeness production in nuclear collisions at 200 A GeV/c performed by Topor Pop et al. is flawed. The conclusions are based on an erroneous interpretation of the data and the numerical model results. The term "strangeness enhancement" is used in a misleading way.
Pion and strangeness puzzles
(1996)
Data on the mean multiplicity of strange hadrons produced in minimum bias proton--proton and central nucleus--nucleus collisions at momenta between 2.8 and 400 GeV/c per nucleon have been compiled. The multiplicities for nucleon--nucleon interactions were constructed. The ratios of strange particle multiplicity to participant nucleon as well as to pion multiplicity are larger for central nucleus--nucleus collisions than for nucleon--nucleon interactions at all studied energies. The data at AGS energies suggest that the latter ratio saturates with increasing masses of the colliding nuclei. The strangeness to pion multiplicity ratio observed in nucleon--nucleon interactions increases with collision energy in the whole energy range studied. A qualitatively different behaviour is observed for central nucleus--nucleus collisions: the ratio rapidly increases when going from Dubna to AGS energies and changes little between AGS and SPS energies. This change in the behaviour can be related to the increase in the entropy production observed in central nucleus-nucleus collisions at the same energy range. The results are interpreted within a statistical approach. They are consistent with the hypothesis that the Quark Gluon Plasma is created at SPS energies, the critical collision energy being between AGS and SPS energies.
The binding problem is regarded as one of today's key questions about brain function. Several solutions have been proposed, yet the issue is still controversial. The goal of this article is twofold. Firstly, we propose a new experimental paradigm requiring feature binding, the "delayed binding response task". Secondly, we propose a binding mechanism employing fast reversible synaptic plasticity to express the binding between concepts. We discuss the experimental predictions of our model for the delayed binding response task.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prototyp einer Spurendriftkammer mit Mikrostreifenauslese, wie sie als hochauflösende Spurendetektoren in der Kern- und Teilchenphysik zum Einsatz kommen sollen, konstruiert und getestet. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Signalform und -verteilung, sowie auf dem Langzeitverhalten. Für die verschiedenen Messungen dieser Arbeit wurden die Mikrostreifen-Gasdetektoren in ein Edelstahlrohr eingebaut, das mit einem Vakuumpumpen-System verbunden ist. Durch Evakuieren der Meßapparatur und anschließendes Befüllen mit Zählgas konnten die Detektoren nach kurzer Zeit mit nur geringen Verunreinigungen des Zählgases durch Wasser und Sauerstoff betrieben werden. Als Substrat wurde das Glas S 8900 von Schott verwendet, dessen Leitfähigkeit von rho 1.1 * 10 exp 11 Omega cm durch Elektronenleitung erzeugt wird. Es wurden Mikrostreifen-Platten mit zwei verschiedenen Strukturen untersucht, die sich in der Form der Kathode voneinander unterscheiden. Die Mikrostreifen-Platten haben eine sensitive Fläche von 30 X 40 mm*mm die Breite der Anodenstreifen beträgt 8 mikrometer bei einem Abstand von 1 mm zwischen den Mittellinien von je zwei Anoden. Die Kathoden der Struktur ILL6c bestehen aus einem durchgehenden 400 mikrometer breiten Streifen. Die Kathoden der Struktur ILL6a sind in zwei 8 mikrometer breite Streifen unterteilt, wobei die Gesamtbreite der Kathoden beider Strukturen gleich ist. Die Kopplung des Anodensignals auf die rückseitigen Kathodensegmente (Pads) ist bei der Struktur ILL6a durch die geöffneten Kathoden im Vergleich zur Struktur ILL6c doppelt so groß (51.6% bei einer Glasdicke von 0.45 mm bzw. 31.3% bei 1 mm und 16.9% bei 2 mm. Mit einer gamma-Quelle 55-Fe wurden Untersuchungen von Alterungseffekten durchgeführt, in deren Verlauf an den Anoden eine Ladung von 46 mikroC/cm pro Tag aufgenommen wurde. Simultan wurde ein Draht-Proportionalzähler mit geringerer Rate zur Überwachung der Gasqualität betrieben und damit die Amplitude der Mikrostreifen-Gasdetektoren korrigiert. Die Mikrostreifen-Gasdetektoren konnten bis zu einer Ladung von 125 mikroC/cm in Ar/CH4 bzw. 200 mikroC/cm in Ar/CO2 (90:10) mit einer Energieauflösung von <= 25% (55Fe-Quelle, FWHM) und geringer Variation der Verstärkung betrieben werden. Zur Messung der Breite Theta0 der Kathoden-Ansprech-Funktion (Pad-Response-Funktion) dienten Elektronenspuren, die mit Hilfe einer stark kollimierten Beta-Quelle (90Sr) erzeugt wurden. Die Spuren wurden durch einen 50 cm langen Feldkäfig, der wie die Feldkäfige der NA49-Spurendriftkammern aus aluminisierten Mylarstreifen aufgebaut ist, zur Ausleseebene gedriftet. Auf der Rückseite der Mikrostreifen-Platten befinden sich 1 mm breite Pads mit einem Abstand von 0.5 mm in zwei verschiedenen Anordnungen (isoliert oder mit der Glasrückseite verbunden). Diese Messungen wurden mit verschiedenen Glasdicken durchgeführt: Glasdicke 0.45 mm: theta-0 = 0.51 - 0.94 mm, Glasdicke 1 mm: theta-0 = 0.91 - 1.1 mm, Glasdicke 2 mm: theta-0 = 1.4 mm. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, daß es mit Hilfe der Mikrostreifentechnologie möglich ist, Spurendriftkammern mit einer kleineren Breite theta 0 der Pad-Response-Funktion zu konstruieren, als es mit konventionellen Draht-Ausleseebenen großflächig machbar wäre. Dadurch kann insbesondere die Zweispurauflösung verbessert werden.
We discuss the properties of two distinct forms of hypothetical strange matter, small lumps of strange quark matter (strangelets) and of hyperon matter (metastable exotic multihypernuclear objects: MEMOs), with special empha- sis on their relevance for present and future heavy ion experiments. The masses of small strangelets up to AB = 40 are calculated using the MIT bag model with shell mode filling for various bag parameters. The strangelets are checked for possible strong and weak hadronic decays, also taking into account multiple hadron decays. It is found that strangelets which are stable against strong decay are most likely highly negative charged, contrary to previous findings. Strangelets can be stable against weak hadronic decay but their masses and charges are still rather high. This has serious impact on the present high sensitivity searches in heavy ion experiments at the AGS and CERN facilities. On the other hand, highly charged MEMOs are predicted on the basis of an extended relativistic mean field model. Those objects could be detected in future experiments searching for short lived, rare composites. It is demonstrated that future experiments can be sensitive to a much wider variety of strangelets.
We investigate the properties of di erent modifications to the linear -model (including a dilaton field associated with broken scale invariance) at finite baryon density and nonzero temperature T. The explicit breaking of chiral symmetry and the way the vector meson mass is generated are significant for the appearance of a phase of nearly vanishing nucleon mass besides the solution describing normal nuclear matter. The elimination of the abnormal solution prohibits the onset of a chiral phase transition but allows to lower the compressibility to a reasonable range. The repulsive contributions from the vector mesons are responsible for the wide range of stability of the normal phase in the (µ, T)-plane. The abnormal solution becomes not only energet- ically preferable to the normal state at high temperature or density, but also mechanically stable due to the inclusion of dilatons. PACS number:12.39.F
Nuclear clusters as a probe for expansion flow in heavy ion reactions at 10-A/GeV - 15-A/GeV.
(1996)
A phase space coalescence description based on the Wigner-function method for cluster formation in relativistic nucleus-nucleus collisions is presented. The momentum distributions of nuclear clusters d,t and He are predicted for central Au(11.6AGeV)Au and Si(14.6AGeV)Si reactions in the framework of the RQMD transport approach. Transverse expansion leads to a strong shoulderarm shape and di erent inverse slope parameters in the transverse spectra of nuclear clusters deviating markedly from thermal distributions. A clear bounce-o event shape is seen: the averaged transverse flow velocities in the reaction plane are for clusters larger than for protons. The cluster yields particularly at low pt at midrapidities and the in-plane (anti)flow of clusters and pions change if suitably strong baryon potential interactions are included. This allows to study the transient pressure at high density via the event shape analysis of nucleons, nucleon clusters and other hadrons.
The stopping behaviour of baryons in massive heavy ion collisions ( s k 10AGeV) is investigated within di erent microscopic models. At SPS-energies the predictions range from full stopping to virtually total transparency. Experimental data are indicating strong stopping. The initial baryo-chemical potentials and temperatures at collider energies and their impact on the formation probability of strange baryon clusters and strangelets are discussed.
A new method for the determination of S-matrices of devices in multimoded waveguides and first experimental experiences are presented. The theoretical foundations are given. The scattering matrix of a TESLA copper cavity at a frequency above the cut-off of the second waveguide mode has been measured.
The behavior of hadronic matter at high baryon densities is studied within Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamics (URQMD). Baryonic stopping is observed for Au+Au collisions from SIS up to SPS energies. The excitation function of flow shows strong sensitivities to the underlying equation of state (EOS), allowing for systematic studies of the EOS. Dilepton spectra are calculated with and without shifting the rho pole. Except for S+Au collisions our calculations reproduce the CERES data.
The behavior of hadronic matter at high baryon densities is studied within Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamics (URQMD). Baryonic stopping is observed for Au+Au collisions from SIS up to SPS energies. The excitation function of flow shows strong sensitivities to the underlying equation of state (EOS), allowing for systematic studies of the EOS. Effects of a density dependent pole of the rho-meson propagator on dilepton spectra are studied for different systems and centralities at CERN energies.
We study the thermodynamic properties of infinite nuclear matter with the Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamics (URQMD), a semiclassical transport model, running in a box with periodic boundary conditions. It appears that the energy density rises faster than T4 at high temperatures of T approx. 200 - 300 MeV. This indicates an increase in the number of degrees of freedom. Moreover, We have calculated direct photon production in Pb+Pb collisions at 160 GeV/u within this model. The direct photon slope from the microscopic calculation equals that from a hydrodynamical calculation without a phase transition in the equation of state of the photon source.
Rapidity distributions of net hyperons (Λ−Λ¯¯¯¯) are compared to distributions of participant protons (p−p¯¯¯). Strangeness production (mean multiplicities of produced Λ/Σ0 hyperons and ⟨K+K¯¯¯¯¯⟩) in central nucleus-nucleus collisions is shown for different collision systems at different energies. An enhanced production of Λ¯¯¯¯ compared to p¯¯¯ is observed at 200 GeV per nucleon.
The microscopic phasespace approach URQMD is used to investigate the stopping power and particle production in heavy systems at SPS and RHIC energies. We find no gap in the baryon rapidity distribution even at RHIC. For CERN energies URQMD shows a pile up of baryons and a supression of multi-nucleon clusters at midrapidity.
Abstract: An accurate impact parameter determination in a heavy ion collision is crucial for almost all further analysis. The capabilities of an artificial neural network are investigated to that respect. A novel input generation for the network is proposed, namely the transverse and longitudinal momentum distribution of all outgoing (or actually detectable) particles. The neural network approach yields an improvement in performance of a factor of two as compared to classical techniques. To achieve this improvement simple network architectures and a 5 × 5 input grid in (pt, pz) space are suffcient.
We demonstrate that the creation of strange matter is conceivable in the midrapidity region of heavy ion collisions at Brookhaven RHIC and CERN LHC. A finite net-baryon density, abundant (anti)strangeness production, as well as strong net-baryon and net-strangeness fluctuations, provide suitable initial conditions for the formation of strangelets or metastable exotic multistrange ( baryonic) objects. Even at very high initial entropy per baryon SyAinit ¯ 500 and low initial baryon numbers of Ainit B ¯ 30 a quark-gluon-plasma droplet can immediately charge up with strangeness and accumulate net-baryon number. PACS numbers: 25.75.Dw, 12.38.Mh, 24.85.+
We want to draw the attention to the dynamics of a (finite) hadronizing quark matter drop. Strange and antistrange quarks do not hadronize at the same time for a baryon-rich system1. Both the hadronic and the quark matter phases enter the strange sector fs 6= 0 of the phase diagram almost immediately, which has up to now been neglected in almost all calculations of the time evolution of the system. Therefore it seems questionable, whether final particle yields reflect the actual thermodynamic properties of the system at a certain stage of the evolution. We put special interest on the possible formation of exotic states, namely strangelets (multistrange quark clusters). They may exist as (meta-)stable exotic isomers of nuclear matter 2. It was speculated that strange matter might exist also as metastable exotic multi-strange (baryonic) objects (MEMO s 3). The possible creation in heavy ion collisions of long-lived remnants of the quark-gluon-plasma, cooled and charged up with strangeness by the emission of pions and kaons, was proposed in 1,4,5. Strangelets can serve as signatures for the creation of a quark gluon plasma. Currently, both at the BNL-AGS and at the CERN-SPS experiments are carried out to search for MEMO s and strangelets, e. g. by the E864, E878 and the NA52 collaborations9,
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Spracherkennungssystem realisiert, das sowohl phonembasierte als auch wortbasierte Modelle zur sprecherunabhängigen Schlüsselworterkennung im Kontext fließender Sprache verwenden kann. Das System erlaubt dabei die Wahl zwischen zwei grundlegend verschiedenen Verfahren: Entweder kann die Bewertung von Äußerungen durch Schlüsselwortmodelle mit gewählten Schwellenwerten verglichen werden, wobei eine Schwellenwertüberschreitung die Erkennung eines Schlüsselwortes signalisiert, oder es werden beliebige Phonemfolgen als Füllmodelle verwendet, die mit den Schlüsselwortmodellen konkurrieren. Der Schlüsselworterkenner kann sowohl zur 1-Schlüsselwort- Erkennung, bei der vorausgesetzt wird, dass sich in jeder Äußerung exakt ein Schlüsselwort befindet, als auch zur n-Schlüsselwort-Erkennung verwendet werden, bei der sich eine beliebige Anzahl Schlüsselwörter in jeder Äußerung befinden kann. Durch eine effiziente Implementation wurde die Fähigkeit zur Echtzeitverarbeitung auf verfügbaren Arbeitsplatzrechnern erreicht.....
We introduce a smooth mapping of some discrete space-time symmetries into quasi-continuous ones. Such transformations are related with q-deformations of the dilations of the Euclidean space and with the non-commutative space. We work out two examples of Hamiltonian invariance under such symmetries. The Schrodinger equation for a free particle is investigated in such a non-commutative plane and a connection with anyonic statistics is found. PACS: 03.65.Fd, 11.30.Er
A first testing ground for QED in the combined presence of a strong Coulomb field and a strong magnetic field is provided by the precise measurement of the hyperfine structure splitting of hydrogenlike 209Bi. We present a complete calculation of the one-loop self-energy correction to the first-order hyperfine interaction for various nuclear charges. In the low-Z regime we almost perfectly agree with the Z alpha expansion, but for medium and high Z there is a substantial deviation.
We discuss the prospects for parity-nonconservation experiments with highly charged heavy ions. Energy levels and parity mixing for heavy ions with 2–5 electrons are calculated. We investigate two-photon transitions and the possibility of observing interference effects between weak-matrix elements and Stark matrix elements for periodic electric field configurations.
For cold (neutronless) fission we consider an analytical model of quantum tunneling with dissipation through a barrier U(q) evaluated with a M3Y nucleon-nucleon force. We calculate the tunneling spectrum, i.e., the fission rate as a function of the total kinetic energy of the fragments. The theoretical results are compared with the experimental data obtained for the fine structure of two cold fission modes of 252Cf: 148Ba+104Mo and 146Ba+106Mo. Taking into account the dissipative coupling of the potential function U(q) and of the momentum p with all the other neglected coordinates, we obtain a remarkable agreement with the experimental data. We conclude that the cold fission process is a spontaneous decay with a spectrum determined by the shape of the barrier and an amplitude depending on the strength of the dissipative coupling.
We have investigated the channeling process of charged particles in a bent crystal. Invoking simple assumptions we derive a criterion, which determines whether channeling occurs or not. We obtain the same criterion using the Dirac equation. It is shown that the centrifugal force acting on the particle in the bent crystal significantly alters the effective transverse potential. The cases of axial and planar channeling are considered. The channeling probability and the dechanneling probability due to tunneling of the particle under the barrier in the effective transverse potential are estimated. These probabilities depend on the specific scaling parameter characterizing the process. Using the quasiclassical theory of synchrotron radiation we have calculated the contribution to the radiation spectrum, which arises due to the curvature of the channel. This contribution becomes significant to TeV electrons or positrons. Some practical consequences of our results are briefly discussed.
Die hier vorliegende Arbeit stellt die experimentelle Bestimmung des Verhältnisses R der totalen Wirkungsquerschnitte von Doppel- zu Einfachionisation von Helium vor. Die Ionisation wurde durch Photonen der Energie von etwa 8 keV und 58 keV induziert. In diesem Energiebereich ist die Ionisation sowohl durch die Absorption eines Photons wie auch durch die Compton-Streuung möglich. Die genutzten Photonenenergien erlaubten, den asymptotischen Hochenergiebereich beider Prozesse zu untersuchen. Mit Hilfe der verwandten Methode der Rückstoßionen-Impulsspektroskopie (hier in der neuesten Generation COLTRIMS, nach COLd Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) konnten Photoabsorption und Compton-Streuung erstmals experimentell voneinander getrennt werden. Sie ermöglichte ebenfalls eine gegenüber anderen Meßmethoden deutlich gesteigerte Genauigkeit der Werte R. Die Kinematik der auslaufenden Teilchen unterscheidet sich in beiden Prozessen: In der Absorption überträgt das Photon seine volle Energie auf die Targetelektronen. Deren Impuls im auslaufenden Kanal ist groß gegenüber dem des einlaufenden Photons und muß vom Ion kompensiert werden. Dagegen findet die Streuung des Photons am Elektron statt, das Ion nimmt dabei die Rolle eines Zuschauers ein. Es besitzt im auslaufenden Kanal nur einen geringen Impuls. Die so wohlseparierten Strukturen in der Rückstoßionen-Impulsverteilung erlauben die Trennung beider Prozesse durch COLTRIMS. Das Resultat zur Photoabsorption im Hochenergielimit von Rph = (1.72 ± 0.12) % konnte erstmalig die theoretischen Vorhersagen dieses Wertes verifizieren. Der Wert von Rc = (1.22 ± 0.06) % bei etwa 8.8 keV bestätigt die Rechnung von Andersson und Burgdörfer (Phys. Rev. A50, R2810 (1994)). Das Ergebnis von Rc = (0.84 +0.08-0.11) % bei 58 keV stimmt mit dem für die Compton-Streuung vorhergesagten asymptotischen Grenzwert überein.
The NA35 experiment used several independent methods to determine the strange particle production in p+S and S+A collisions. The different techniques show consistent results. Strangeness conservation in full phase space is used as an additional check of the consistency of the data.
On the base of the analysis in full phase space it could be shown that strangeness conservation is fullfilled. The NA35 K0S in S+S and S+Ag are consistent with the NA44 results for K+ and K−. The results of the NA36 collaboration for S+Pb collisions were extrapolated to full phase space. The comparison with the NA35 results shows more than two times lower yields. The ratio of Λ to Λ¯¯¯¯ at midrapidity of NA36 is inconsistent with the high baryon density determind by NA35. The strange particle production is compared to the abundance of non strange particles, especially negatively charged pions which are measured in full phase space in the same experiment. A clear enhanced strange hadron production relative to π− is observed in S+Ag collisions compared to p+S reactions at the same energy. The K0S multiplicity in full phase space per negative hadron (h−) in S+S, S+Ag and Pb+Pb is enhanced by about a factor 1.6 compared to N+N and p+S collisions. The NA36 result for the K0S multiplicity per h− in S+Pb is below the N+N value.
Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Meßergebnisse zeigen, daß bei geringem Restgasdruck der Einsatz einer GPL zur Fokussierung eines hochperveanten Ionenstrahles niedriger Strahlenergie Vorteile gegenüber konventionellen Linsensystemen bietet. Neben einer kostengünstigen Realisation ist wesentlich die bei unterschiedlichen Linsenparametern hohe Linearität der Linsenfelder (und die damit verbunden geringen Aberrationen) bei gleichzeitig starker Fokussierung zu nennen. Auch die geringe Baulänge, vor allem im Vergleich zu den wegen der FODO-Struktur bei Quadrupolen i. a. notwendigen Tripletts, kann gerade bei de- bzw. teilkompensiertem Transport einen Vorteil darstellen. Die im zweiten Kapitel vorgestellten Arbeiten zur theoretischen Beschreibung des nichtneutralen Plasmas der GPL haben gezeigt, daß bei Berücksichtigung der Verlustmechanismen (longitudinal und radial) die Beschreibung der Elektronenverteilung in der Linse die Meßergebnisse wesentlich besser widerspiegelt als in der klassischen Theorie Gabors, die nur einen idealisierten Zustand maximaler Elektronendichte beschreibt. Die Integration der Verluste in die Simulation ist für den longitudinalen Verlustkanal gelungen. Die radialen Verluste entziehen sich bisher aufgrund der Komplexität der Vorgänge bei der Diffusion einer hinreichend genauen Beschreibung. Dies liegt vor allem an einer sehr schwierigen Abschätzung der hierbei dominierenden Heiz- bzw. Kühlprozesse im Linsenplasma. ...
We study the bremsstrahlung of virtual omega mesons due to the collective deceleration of nuclei at the initial stage of an ultrarelativistic heavy ion collision. It is shown that electromagnetic decays of these mesons may give an important contribution to the observed yields of dileptons. Mass spectra of e+e and µ+µ pairs produced in central Au+Au collisions are calculated under some simplifying assumptions on the space time variation of the baryonic current in a nuclear collision process. Comparison with the CERES data for 160 AGev Pb+Au collisions shows that the proposed mechanism gives a noticeable fraction of the observed e+e pairs in the intermediate region of invariant masses. Sensi tivity of the dilepton yield to the in medium modification of masses and widths of vector mesons is demonstrated.
Collective bremsstrahlung of vector meson fields in relativistic nuclear collisions is studied within the time dependent Walecka model. Mutual deceleration of the colliding nuclei is described by introducing the e ective stopping time and average rapidity loss of baryons. It is shown that electromagnetic decays of virtual ω mesons produced by bremsstrahlung mechanism can provide a substantial contribution to the soft dilepton yield at the SPS bombarding energies. In particular, it may be responsible for the dilepton enhancement observed in 160 AGev central Pb+Au collisions. Suggestions for future experiments to estimate the relative contribution of the collective mechanism are given.
Microscopic calculations of central collisions between heavy nuclei are used to study fragment production and the creation of collective flow. It is shown that the final phase space distributions are compatible with the expectations from a thermally equilibrated source, which in addition exhibits a collective transverse expansion. However, the microscopic analyses of the transient states in the reaction stages of highest density and during the expansion show that the system does not reach global equilibrium. Even if a considerable amount of equilibration is assumed, the connection of the measurable final state to the macroscopic parameters, e.g. the temperature, of the transient "equilibrium" state remains ambiguous.
Es wurde in dieser Arbeit gezeigt, daß es möglich ist, die der Spin-Eichtheorie zugrundeliegende Lagrangedichte so zu verallgemeinern, daß die aus ihr folgende Higgsfeldgleichung eine gravitationsähnliche Wechselwirkung enthält. Der symmetrische Teil des kanonische Energie-Impulstensors des Higgsfeldes tritt als Quelle der symmetrischen Bewegungsgleichung der angeregten Higgsfelder in Erscheinung. Ein Vergleich der zweiten Ordnung des symmetrischen Teils der Higgsfeldgleichung mit der zweiten Ordnung der Einsteingleichung im materiefreien Fall zeigt, daß beide bis auf einen antisymmetrischen Divergenzterm A m n a a der den Energie Impuls-Erhaltungssatz nicht beeinflußt, übereinstimmen. Geht man wegen der Nichtlokalität des EIST's des Gravitationsfeldes, auf der Seite der klassischen Beschreibung zu einem grobkörnigen EIST über, so stimmt dieser mit dem EIST des Higgsfeldes überein. Sieht man von in kleinen Raumzeitvolumen stark uktuierenden Termen ab, so sind die Differentialgleichungen von Gravitations und Higgsfeldwellen bis zur zweiten Ordnung identisch. Betrachtet man eine Raumzeit mit fermionischer Materie, so stimmt die erste Ordnung der Feldgleichungen ebenfalls überein. Die Higgsfeldgleichung in zweiter Ordnung koppelt halb so stark an die fermionische Materie wie es die klassische Gleichung in zweiter Ordnung tut, was auf zusätzliche Spinanteile der Higgsfelder zurückzuführen ist. Die Arbeit hat damit gezeigt, daß die durch das Higgsfeld vermittelte Kraft die Eigenschaften einer gravitativen Wechselwirkung besitzt. Daraus ergibt sich, daß nun folgende Punkte interessant sind: 1) Die in dieser Arbeit nicht betrachteten antisymmetrischen Anteile der Higgsfeldgleichung sollten auf ihre physikalische Relevanz untersucht werden, um eventuell entstehende Torsions und Nichtmetrizitätsanteile aufzuzeigen. 2) Die durch den Divergenzterm auftretenden Unterschiede der zweiten Ordnung der Spin-Eichtheorie mit der klassischen Theorie sollten genauer untersucht werden, um mögliche meßbare Unterschiede offen zu legen und die Interpretation des A m n a a-terms zu klären 3) Die in der Spin-Eichtheorie mögliche mikroskopische Betrachtungsweise sollte man quantentheoretisch formulieren und alle der Spin-Eichtheorie eigenen Felder quantisieren. 4) Der in dieser Arbeit betrachtete Iso-skalare Fall sollte Iso-vektoriell verallgemeinert werden, um so eine Vereinheitlichung mit den anderen drei Wechselwirkungen zu ermöglichen
Ratios of hadronic abundances are analyzed for pp and nucleus-nucleus collisions at sqrt(s)=20 GeV using the microscopic transport model UrQMD. Secondary interactions significantly change the primordial hadronic cocktail of the system. A comparison to data shows a strong dependence on rapidity. Without assuming thermal and chemical equilibrium, predicted hadron yields and ratios agree with many of the data, the few observed discrepancies are discussed.
Untersuchungen des elektrischen und magnetischen Feldes in den NA49-TPCs mit Hilfe von Laserspuren
(1997)
Das Experiment NA49 am Europäischen Zentrum für Teilchenphysik (CERN) in Genf dient der Erforschung von relativistischen Schwerionenkollisionen. Dieses Feld der Kernphysik hatte seine Anfänge erst in den 70er Jahren am BEVALAC in Berkeley und untersucht zur Zeit Schwerionenstöße von einigen hundert MeV/Nukleon bis 200 GeV/Nukleon. Nach den heuteüblichen Experimenten mit festem Target sollen in der Zukunft Colliderexperimente mit Schwerionen neue Energiebereiche erschließen. Während die Experimente dadurch erleichtert werden, daß sie zumeist auf bestehende Beschleunigeranlagen aus der Hochenergiephysik zurückgreifen können, ist die theoretische Beschreibung relativistischer Schwerionenstöße ausgesprochen problematisch. Vom Verständnis dieser Reaktionsmechanismen erhoff t man sich aber einen Zugang zur starken Wechselwirkung bei niedrigen Impulsüberträgen, insbesondere in ausgedehnten Systemen.
Mit zunehmender Automatisierung - sowohl der industriellen Herstellungsverfahren, als auch ihrer Produkte - hat die Regelungstechnik stark an Bedeutung gewonnen. Das Prinzip der Regelung jedoch ist schon lange bekannt. Erste Anwendungen finden sich bereits in der Antike (230 v.Chr. Philon von Byzanz, Schwimmerregelung für Öllampen). Das wohl prominenteste Beispiel ist der Drehzahlregler für Dampfmaschinen, den James Watt 1788 konstruierte. Eine Theorie des Regelkreises wurde dagegen erst Ende des letzten Jahrhunderts entwickelt. Damit war der Weg für den verbreiteten Einsatz von Regelungstechnik geebnet. Aber ihre Bedeutung geht über die rein technischen Prozesse hinaus, indem sich die Theorie der Regelkreise auch zur Untersuchung nichttechnischer zum Beispiel biologischer oder gesellschaftlicher Prozesse anwenden läßt. Viele dieser Prozesse laufen nach dem Prinzip der Regelung ab, denn sie werden auch bei Wirkung äußerer Störungen aufrechterhalten. In diesen Bereichen wird allgemeiner von Kybernetik gesprochen [Steinbuch]. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird eine Einführung in die Regelungstechnik gegeben. Daran schließen sich im zweiten Teil Untersuchungen zur Magnetschwebekugel an. Diese theoretischen Betrachtungen sollen als Grundlage für den Aufbau eines Experiments zur Magnetschwebekugel dienen, das im Rahmen des Physikalischen Praktikums für Fortgeschrittene des Instituts für Angewandte Physik an der Universität Frankfurt geplant ist. Anhand einer von einem Elektromagneten in der Schwebe gehaltenen Kugel werden sich die Teilnehmer und Teilnehmerinnen mit den Prinzipien der Regelungstechnik vertraut machen können. Dieser Versuch ist in zweierlei Hinsicht interessant. Das System Elektromagnet - Kugel ist ohne Regelung nicht stabil, das heißt die Kugel kann nicht an einem beliebigen Ort unterhalb des Magneten fixiert werden. Dies entspricht auch der Erfahrung. Um so erstaunlicher ist es, wenn der Versuch zu einer Stabilisierung führt. Die verwendeten Methoden entstammen vollständig der Theorie der linearen Regelungen, sodaß der Versuch als elementare Einführung in die Regelungstechnik verstanden werden kann.
The data on average hadron multiplicities in central A+A collisions measured at CERN SPS are analysed with the ideal hadron gas model. It is shown that the full chemical equilibrium version of the model fails to describe the experimental results. The agreement of the data with the off-equilibrium version allowing for partial strangeness saturation is significantly better. The freeze-out temperature of about 180 MeV seems to be independent of the system size (from S+S to Pb+Pb) and in agreement with that extracted in e+e-, pp and p{\bar p} collisions. The strangeness suppression is discussed at both hadron and valence quark level. It is found that the hadronic strangeness saturation factor gamma_S increases from about 0.45 for pp interactions to about 0.7 for central A+A collisions with no significant change from S+S to Pb+Pb collisions. The quark strangeness suppression factor lambda_S is found to be about 0.2 for elementary collisions and about 0.4 for heavy ion collisions independently of collision energy and type of colliding system
It is shown that data on pion and strangeness production in central nucleus-nucleus collisions are consistent with the hypothesis of a Quark Gluon Plasma formation between 15 A GeV/c (BNL AGS) and 160 A GeV/c (CERN SPS) collision energies. The experimental results interpreted in the framework of a statistical approach indicate that the effective number of degrees of freedom increases by a factor of about 3 in the course of the phase transition and that the plasma created at CERN SPS energy may have a temperature of about 280 MeV (energy density $\approx$ 10 GeV/fm^3). Experimental studies of central Pb+Pb collisions in the energy range 20-160 A GeV/c are urgently needed in order to localize the threshold energy, and study the properties of the QCD phase transition.
The pion multiplicity per participating nucleon in central nucleus-nucleus collisions at the energies 2-15 A GeV is significantly smaller than in nucleon-nucleon interactions at the same collision energy. This effect of pion suppression is argued to appear due to the evolution of the system produced at the early stage of heavy-ion collisions towards a local thermodynamic equilibrium and further isentropic expansion.
We demonstrate that a new type of analysis in heavy-ion collisions, based on an event-by-event analysis of the transverse momentum distribution, allows us to obtain information on secondary interactions and collective behaviour that is not available from the inclusive spectra. Using a random walk model as a simple phenomenological description of initial state scattering in collisions with heavy nuclei, we show that the event-by-event measurement allows a quantitative determination of this effect, well within the resolution achievable with the new generation of large acceptance hadron spectrometers. The preliminary data of the NA49 collaboration on transverse momentum fluctuations indicate qualitatively different behaviour than that obtained within the random walk model. The results are discussed in relation to the thermodynamic and hydrodynamic description of nuclear collisions.
Preliminary inclusive spectra for K+, K-, Ks0, Λ, and are presented which were measured in central Pb + Pb collisions at 158 GeV per nucleon by the NA49 experiment. A comparison with data from lighter collision systems shows a strong change of the shape of the Λ rapidity distribution. The strangeness enhancement observed in S + S compared to p + p and p + A is not further increased in Pb + Pb.
The transverse momentum and rapidity distributions of net protons and negatively charged hadrons have been measured for minimum bias proton-nucleus and deuteron-gold interactions, as well as central oxygen-gold and sulphur-nucleus collisions at 200 GeV per nucleon. The rapidity density of net protons at midrapidity in central nucleus-nucleus collisions increases both with target mass for sulphur projectiles and with the projectile mass for a gold target. The shape of the rapidity distributions of net protons forward of midrapidity for d+Au and central S+Au collisions is similar. The average rapidity loss is larger than 2 units of rapidity for reactions with the gold target. The transverse momentum spectra of net protons for all reactions can be described by a thermal distribution with temperatures' between 145 +- 11 MeV (p+S interactions) and 244 +- 43 MeV (central S+Au collisions). The multiplicity of negatively charged hadrons increases with the mass of the colliding system. The shape of the transverse momentum spectra of negatively charged hadrons changes from minimum bias p+p and p+S interactions to p+Au and central nucleus-nucleus collisions. The mean transverse momentum is almost constant in the vicinity of midrapidity and shows little variation with the target and projectile masses. The average number of produced negatively charged hadrons per participant baryon increases slightly from p+p, p+A to central S+S,Ag collisions.
Measured hadron yields from relativistic nuclear collisions can be equally well understood in two physically distinct models, namely a static thermal hadronic source vs. a time-dependent, nonequilibrium hadronization o a quark-gluon plasma droplet. Due to the time-dependent particle evapora- tion o the hadronic surface in the latter approach the hadron ratios change (by factors of <H 5) in time. Final particle yields reflect time averages over the actual thermodynamic properties of the system at a certain stage of the evolution. Calculated hadron, strangelet and (anti-)cluster yields as well as freeze-out times are presented for di erent systems. Due to strangeness distillation the system moves rapidly out of the T, µq plane into the µs-sector. Classif.: 25.75.Dw, 12.38.Mh, 24.85.+p
Abstract. A generalized Lagrangian for the description of hadronic matter based on the linear SU(3)L × SU(3)R -model is proposed. Besides the baryon octet, the spin-0 and spin-1 nonets, a gluon condensate associated with broken scale invariance is incorporated. The observed values for the vacuum masses of the baryons and mesons are reproduced. In mean-field approximation, vector and scalar interactions yield a saturating nuclear equation of state. Finite nuclei can be reasonably described, too. The condensates and the e ective baryon masses at finite baryon density and temperature are discussed.
A generalized Lagrangian for the description of hadronic matter based on the linear SU(3)L × SU(3)R -model is proposed. Besides the baryon octet, the spin-0 and spin-1 nonets, a gluon condensate associated with broken scale invariance is incorporated. The observed values for the vacuum masses of the baryons and mesons are reproduced. In mean-field approximation, vector and scalar interactions yield a saturating nuclear equation of state. We discuss the di culties and possibilities to construct a chiral invariant baryon-meson interaction that leads to a realistic equation of state. It is found that a coupling of the strange condensate to nucleons is needed to describe the hyperon potentials correctly. The effective baryon masses and the appearance of an abnormal phase of nearly massless nucleons at high densities are examined. A nonlinear realization of chiral symmetry is considered, to retain a Yukawa-type baryon-meson interaction and to establish a connection to the Walecka-model.
We examine the properties of both forms of strange matter, small lumps of strange quark matter (strangelets) and of strange hadronic matter (Metastable Exotic Multihypernuclear Objects: MEMOs) and their relevance for present and future heavy ion searches. The strong and weak decays are discussed separately to distinguish between long-lived and short-lived candidates where the former ones are detectable in present heavy ion experiments while the latter ones in future heavy ion experiments, respectively. We find some long-lived strangelet candidates which are highly negatively charged with a mass to charge ratio like a anti deuteron (M/Z 2) but masses of A=10 to 16. We predict also many short-lived candidates, both in quark and in hadronic form, which can be highly charged. Purely hyperonic nuclei like the (2 02 ) are bound and have a negative charge while carrying a positive baryon number. We demonstrate also that multiply charmed exotics (charmlets) might be bound and can be produced at future heavy ion colliders.
Untersuchungen von evolutionären Algorithmen zum Training neuronaler Netze in der Sprachverarbeitung
(1997)
Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurde die Leistungsfähigkeit von evolutionären Algorithmen zum Training von RNN untersucht und mit gradientenbasierten Trainingsalgorithmen verglichen. Die Zielsetzung war dabei im besonderen die Prüfung der Verwendbarkeit in der Sprachverarbeitung, speziell der Spracherkennung. Zunächst wurde anhand eines Prädiktionsproblems die prinzipielle Leistungsfähigkeit von EA untersucht, indem ein MLP mit unterschiedlichen evolutionären Algorithmen trainiert wurde. Verschiedene Varianten von GA und ES sind an diesem Beispiel getestet und miteinander verglichen worden. Im Rahmen der Untersuchungen an GA stellte sich heraus, daß eine Mindestgenauigkeit der Quantisierung zur Lösung erforderlich ist. Es zeigt sich, daß die Genauigkeit der Approximation mit abnehmendem Quantisierungsfehler besser wird. Damit ist eine Behandlung dieses Problems mit grob quantisierten Gewichten nachteilig. Demgegenüber profitiert ES sowohl in der Approximationsgenauigkeit, als auch in der Konvergenzgeschwindigkeit von der direkten Darstellung der Objektvariablen als reelle Zahlen. Weiterhin zeigte sich bei ES, daß die Genauigkeit einer Lösung auch von der Populationsgröße abhängig ist, da mit wachsender Populationsgröße der Parameterraum besser abgetastet werden kann. Im Vergleich mit ES benötigten GA längere Konvergenzzeiten und bedingten zudem aufgrund der Codierung und Decodierung einen höheren Rechenaufwand als ES, so daß die Untersuchungen an RNN nur mit ES durchgeführt wurden. Zunächst wurde mit dem Latching-Problem eine, in der Komplexität eng begrenzte, Klassifikationsaufgabe mit Zeitabhängigkeiten untersucht. Die zur Verfügung gestellte Information war bei diesem Beispiel sehr gering, da der Fehler nur am Ende einer Mustersequenz berechnet wurde. Es stellte sich heraus, daß selbst bei dieser sehr einfachen Aufgabenstellung die gradientenbasierten Verfahren nach dem Überschreiten einer maximalen Mustersequenzlänge T keine Lösung finden konnten. Im Gegensatz dazu war ES in der Lage, das Problem für alle gemessenen Variationen des Parameters T zu lösen. Erst wenn während des Trainings dem Gradientenverfahren zusätzliche Informationen durch Fehlereinspeisung zur Verfügung gestellt wurde, hatte der BPTT-Algorithmus die selbe Leistungsfähigkeit. Als weiteres Experiment mit Zeitabhängigkeiten wurde das Automaton-Problem un- tersucht, welches mittels eines RNN gelöst werden sollte. Bei diesem Problem wurde besonderer Wert auf die Untersuchung des Konvergenzverhaltens bei Änderungen der Parameter von ES gelegt. Die Untersuchungen ergaben, daß die einzelnen Parameter in komplexer Weise miteinander interagieren und nur eine gute Abstimmung aller Parameter aufeinander eine befriedigende Leistung in Bezug auf Konvergenzgeschwindigkeit und Klassifikationsergebnis erbringt. Wie bei dem Latching-Problem wurde der Fehler nur am Ende einer Mustersequenz berechnet. Dies bewirkt, daß der BPTT-Algorithmus bereits bei Sequenzlängen von T = 27 nicht mehr in der Lage ist, die Zeitabhängigkeiten in dem Gradienten zu repräsentieren. Mit ES dagegen konnten RNN trainiert werden, die in der Lage sind, Sequenzlängen bis zu T = 41 richtig zu klassifizieren. Die Untersuchungen bestätigen, daß der beschränkende Faktor in erster Linie der Trainingsalgorithmus und nicht das Netzwerksparadigma ist. Die Simulationsexperimente mit zeitnormierten Sprachdaten zeigen, daß mit ES prinzipiell höhere Erkennungsleistungen als mit dem gradientenbasierten Algorithmus des BPTT erzielt werden können. Jedoch nimmt schon bei der Klassifikation der Zahlwörter Zwei und Drei die Klassifikationsleistung mit zunehmender Sequenzlänge ab. Es erfordert eine drastische Vergrößerung der Populationsgröße, um zumindest gleich gute Ergebnisse zu erzielen. Zusätzliche Tests am Automaton-Problem stützen diese Aussage. Jedoch steigt der Rechenaufwand durch Vergrößerung der Populationsgröße so stark an, daß bei nicht zeitnormierten Sprachdaten ES mit adäquater Populationsgröße nicht mehr simulierbar waren. In den Untersuchungen an dem Vokabular mit sechs Wörtern wurde der Fehler für jeden anliegenden Merkmalsvektor berechnet und im Gradienten bzw. zur Bewertung bei ES im Training verwendet. In diesen Messungen erbringen beide Algorithmen nahezu identische Klassifikationsergebnisse. Insgesamt verhindert der drastisch ansteigende Rechenaufwand bei den Sprachdaten die Verarbeitung von größeren Vokabularien und langen Wörtern durch ES. Aus der Beschränkung der Populationsgröße durch die vorhandene Rechnerkapazität resultierte eine nichtoptimale Anpassung von Selektionsdruck, Mutationsrate und Populationsverteilung im Suchraum. Insbesondere erweist sich die globale Anpassung der Strategieparameter bei den vergrößerten Populationen als problematisch. Weitere Untersuchungen an ES mit Strategien zur Selbstadaption dieser Parameter bieten sich daher für zukünftige Forschung an.
A self-consistent relativistic integral-di erential equation of the Boltzmann- Uehling-Uhlenbeck-type for the N*(1440) resonance is developed based on an effective Lagrangian of baryons interacting through mesons. The closed time-path Green s function technique and semi-classical, quasi-particle and Born approxima- tions are employed in the derivation. The non-equilibrium RBUU-type equation for the N*(1440) is consistent with that of nucleon s and delta s which we derived before. Thus, we obtain a set of coupled equations for the N,Delta and N*(1440) distribution functions. All the N (1440)-relevant in-medium two-body scattering cross sections within the N,Delta and N*(1440) system are derived from the same effective Lagrangian in addition to the mean field and presented analytically, which can be directly used in the study of relativistic heavy-ion collisions. The theoreticalprediction of the free pp - pp* (1440) cross section is in good agreement with the experimental data. We calculate the in-medium N+N - N+N* , N* +N - N+N and N*+N - N* +N cross sections in cold nuclear matter up to twice the nuclear matter density. The influence of different choices of the N* N* coupling strengths, which can not be obtained through fitting certain experimental data, are discussed. The results show that the density dependence of predicted in-medium cross sections are sensitive to the N* N* coupling strengths used. An evident density dependence will appear when a large scalar coupling strength of g^(sigma) N*N* is assumed. PACS number(s): 24.10.Cn; 25.70.-z; 21.65.+f
The deconfinement transition region between hadronic matter and quark-gluon plasma is studied for finite volumes. Assuming simple model equations of state and a first order phase transition, we find that fluctuations in finite volumes hinder a sharp separation between the two phases around the critical temperature, leading to a rounding of the phase transition. For reaction volumes expected in heavy ion experiments, the softening of the equation of state is reduced considerably. This is especially true when the requirement of exact color-singletness is included in the QGP equation of state.
Basic problems of the semiclassical microscopic modelling of strongly interacting systems are discussed within the framework of Quantum Molecular Dynamics (QMD). This model allows to study the influence of several types of nucleonic interactions on a large variety of observables and phenomena occur- ring in heavy ion collisions at relativistic energies. It is shown that the same predictions can be obtained with several numerically completely di erent and independently written programs as far as the same model parameters are employed and the same basic approximations are made. Many observ- ables are robust against variations of the details of the model assumptions used. Some of the physical results, however, depend also on rather technical parameters like the preparation of the initial configuration in phase space. This crucial problem is connected with the description of the ground state of single nuclei, which di ers among the various approaches. An outlook to an improved molecular dynamics scheme for heavy ion collisions is given.
Measured hadron yields from relativistic nuclear collisions can be equally well understood in two physically distinct models, namely a static thermal hadronic source versus a time-dependent, non-equilibrium hadronization off a quark gluon plasma droplet. Due to the time-dependent particle evaporation off the hadronic surface in the latter approach the hadron ratios change (by factors of / 5) in time. The overall particle yields then reflect time averages over the actual thermodynamic properties of the system at a certain stage of evolution.
Preliminary experimental data for particle number ratios in the collisions of Au+Au at the BNL AGS (11A GeV/c) and Pb+Pb at the CERN SPS (160A GeV/c) are analyzed in a thermodynamically consistent hadron gas model with excluded volume. Large values of temperature, T = 140 185 MeV, and baryonic chemical potential, µb = 590 270 MeV, close to the boundary of the quark-gluon plasma phase are found from fitting the data. This seems to indicate that the energy density at the chemical freezeout is tremendous which would be indeed the case for the point-like hadrons. However, a self-consistent treatment of the van der Waals excluded volume reveals much smaller energy densities which are very far below a lowest limit estimate of the quark-gluon plasma energy density. PACS number(s): 25.75.-q, 24.10.Pa
A systematic analysis of data on strangeness and pion production in nucleon–nucleon and central nucleus–nucleus collisions is presented. It is shown that at all collision energies the pion/baryon and strangeness/pion ratios indicate saturation with the size of the colliding nuclei. The energy dependence of the saturation level suggests that the transition to the Quark Gluon Plasma occurs between 15 A·GeV/c (BNL AGS) and 160 A·GeV/c (CERN SPS) collision energies. The experimental results interpreted in the framework of a statistical approach show that the effective number of degrees of freedom increases in the course of the phase transition and that the plasma created at CERN SPS energies may have a temperature of about 280 MeV (energy density ~ 10 GeV/fm exp-3). The presence of the phase transition can lead to the non–monotonic collision energy dependence of the strangeness/pion ratio. After an initial increase the ratio should drop to the characteristic value for the QGP. Above the transition region the ratio is expected to be collision energy independent. Experimental studies of central Pb+Pb collisions in the energy range 20–160 A·GeV/c are urgently needed in order to localize the threshold energy, and study the properties of the QCD phase transition.
Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Untersuchung von Photonenemissionsmustern im einzelnen Ereignis, wie sie bei einer Schwerionenkollision von Schwefel auf Gold bei einer Energie von 200 GeV pro Nukleon produziert werden. Diese Ereignisse wurden mit dem Photonen-Multiplizitäts-Detektor im WA93-Experiment am CERN aufgenommen. Die globalen Observablen einer ultrarelativistischen Schwerionenkollision, wie z.B. Multiplizitäts- und Energieverteilungen der Teilchen, lassen sich durch Rechnungen mit dem String-Modell VENUS3.11 gut beschreiben. In diesem Modell werden alle bekannten, in einer Kern-Kern-Kollision ablaufenden physikalischen Prozesse eingebaut. Ein Vergleich von Verteilungen globaler Meßgrößen aus dem Experiment mit solchen aus Modellrechnungen zeigt, welche Resultate durch schon bekannte, in dem Modell berücksichtigte, physikalische Vorgänge verursacht sind und welche auf noch unbekannten Vorgängen oder auf Detektoreffekten beruhen. Um aus solchen Vergleichen den Einfluß noch unbekannter physikalischer Prozesse auf Verteilungen zu erkennen, muß die Veränderung der physikalischen Observablen bei der Messung durch den Detektor selbst berücksichtigt werden. Die Wechselwirkung der aus der Reaktionszone emittierten Teilchen mit der im Experiment befindlichen Materie der Detektoren wird mit dem Detektorsimulationsprogramm GEANT dargestellt. Der Einfluß der Detektoren kann für globale Observablen sehr zufriedenstellend beschrieben werden, was sich in der guten Übereinstimmung der Multiplizitäts- und Rapiditätsverteilung der im WA93-Experiment nachgewiesenen Photonen mit den Verteilungen aus Modellrechnungen zeigt. Auch die Dynamik der Kollision, sichtbar in der Verteilung der transversalen Energie, wird durch das Modell wiedergegeben. Auf dem Niveau von Einzelereignissen und der Verteilung von Photonen innerhalb eines Ereignisses ist es äusserst wichtig, den Einfluß der Detektoreffekte auf die Verteilungen zu bestimmen. Bei der Untersuchung von Fluktuationen und Korrelationen auf der Basis von Einzelereignissen wurde deshalb ein Vergleich zu Mixed Events angestellt, bei denen die Detektoreffekte beibehalten, aber alle vorhandenen Korrelationen aufgelöst werden. In dieser Arbeit wurden die Photonenemissionsmuster der Einzelereignisse (eventby- event-Analyse) mit der Minimal-Spanning-Tree (MST)-Methode auf Dichtefluktuationen hin untersucht. Die emittierten Photonen geben einen Hinweis auf die Emissionsstruktur von Mesonen, insbesondere der leichten pi0-Mesonen, weil Photonen überwiegend durch den Zerfall produzierte Teilchen sind und die räumliche Verteilung ihrer Ursprungsteilchen weitgehend widerspiegeln. Die Untersuchung von Teilchendichtefluktuationen, insbesondere der durch die Kollision produzierten Mesonen, kann zum besseren Verständnis des Verhaltens der Kernmaterie bei hohen Dichten und hohen Temperaturen beitragen. Waren Dichte und Temperatur in der Reaktionszone ausreichend hoch, könnte sich ein Quark-Gluon-Plasma gebildet haben. Die bei der anschließenden Expansion und Abkühlung stattfindende Kondensation zu Hadronen könnte ein Phasenübergang erster Ordnung sein. Die Größe der Fragmente, in diesem Fall die Hadronen und alle Gruppierungen daraus, sollte eine Verteilung ergeben, die mit einer Funktion Sa angenähert werden kann, wie es von verschiedenen Autoren im Zusammenhang mit Phasenübergängen erster Ordnung beobachtet wurde. Dabei ist S die Fragmentgröße und a eine negative Konstante. Die MST-Methode ist geeignet, das Emissionsmuster einzelner Photonenereignisse aus Schwerionenreaktionen in Cluster zu unterteilen. Die mit der MST-Methode definierten Cluster ergeben sich direkt aus der unterschiedlichen Dichteverteilung der Photonen auf der Detektorfläche in einem Einzelereignis. Die Cluster werden mit den obengenannten Fragmenten in Zusammenhang gebracht, wobei die Zahl der Photonen in einem Cluster die Fragmentgröße S darstellt. Ein wesentlicher Vorteil der MST-Methode besteht darin, daß sie zunächst keinerlei Einschränkung in der Art der zu suchenden Strukturen erfordert. Es müssen keine räumlichen Strukturen vorgegeben werden, nach denen dann in der Punkteverteilung gesucht wird, wie das in anderen Analysemethoden der Fall ist. Aus der durchgeführten Analyse hat sich ergeben, daß die MST-Methode sehr sensitiv auf Fluktuationen in der räumliche Dichteverteilung der Treffer im Einzelereignis ist. Die zweidimensionalen Räume, in denen die Dichteverteilung untersucht wird, können beliebig festgelegt werden und sind durch die Metrik, in der die Abstände des Minimal-Spanning-Trees berechnet werden, definiert. In dieser Arbeit wurden der x-y- Raum (Metrik 1) und der h-j-Raum (Metrik 2) benutzt. Dabei gibt Metrik 1 im wesentlichen Effekte in der Detektorgeometrie wieder und Metrik 2 ist eher dem Phasenraum und damit der Physik angepaßt. Zum Vergleich mit den Ergebnissen aus WA93-Datenereignissen wurden Cluster auf die gleiche Weise in Mixed Events, in Ereignissen aus Modellrechnungen und in Ereignissen mit Zufallsverteilungen von Punkten bestimmt. Die räumliche Verteilung der in den WA93-Datenereignissen gefundenen Cluster auf der Ebene des Detektors weist auf starke Inhomogenitäten in der Photonenverteilung hin. Der Vergleich mit entsprechenden Verteilungen der Cluster in Mixed Events und berechneten Ereignissen zeigt, daß ein Großteil dieser Inhomogenitäten durch Detektoreffekte verursacht wird. Zu diesen Detektoreffekten zählt auch die hohe Ansprechwahrscheinlichkeit für geladene Hadronen, so daß durch den Einsatz des Dipolmagneten eine inhomogene Verteilung der Treffer auf dem PMD verursacht wird. Diese durch Detektoreffekte verursachten Inhomogenitäten in den Photonenemissionsmustern können mögliche, durch physikalische Ursachen während der Kollision hervorgerufene, Dichtefluktuationen überlagern. Die Größenverteilung der Cluster in den WA93-Daten konnte mit einer Funktion Sa angenähert werden. Die Konstante a ergab sich dabei zu -3.0 für die in Metrik 1 gefundenen Cluster und -2.7 für die in Metrik 2 gefundenen Cluster. Die Größenverteilung der in den WA93-Datenereignissen mit Metrik 1 bestimmten Cluster zeigt keine großen Abweichungen zu den aus Mixed Events und aus simulierten Ereignissen gewonnenen Größenverteilungen. Die Größenverteilung, die mit Metrik 1 aus einer reinen Zufallsverteilung von Punkten erhalten wurde, liegt unterhalb der anderen drei Verteilungen. In den Verteilungen der Größe der in Metrik 2 definierten Cluster bestehen jedoch deutliche Unterschiede von WA93-Datenereignissen zu den Verteilungen aus anderen Ereignissen mit vergleichbaren Pseudorapiditätsverteilungen. Es wird eine Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für große Cluster mit mehr als 20 Photonen in realen Datenereignissen beobachtet. Zunächst wurde angenommen, daß diese Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für große Cluster die Folge der starken Inhomogenitäten in der zugrundeliegenden Trefferverteilung sein könnte. Wie die detaillierte Untersuchung der räumlichen Verteilung der Cluster jedoch gezeigt hat, ist diese inhomogene Verteilung der Photonen auch in den Mixed Events zu finden; die Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für große Cluster tritt allerdings nicht auf. Daß diese Beobachtung in den Mixed Events nicht gemacht wird, könnte ein Hinweis darauf sein, daß die Erhöhung in der Größenverteilung der Cluster durch physikalische Ursachen hervorgerufen wird. Ein weiterer Hinweis darauf, daß die Ineffizienzen des Detektors allein nicht zu großen Clustern führen, zeigt der Vergleich von Mixed Events zu den Datenereignissen mit zufälligem Azimut. Trotz der Unterschiede in der räumlichen Verteilung der Cluster ergibt sich eine annähernd gleiche Wahrscheinlichkeitsverteilung. Die in dieser Arbeit mit der MST-Methode durchgeführten Analyse hat gezeigt, daß „saubere“, d.h. untergrund- und detektoreffektfreiere Photonendaten notwendig sind, bevor Rückschlüsse auf zugrundeliegende physikalische Ursachen gemacht werden können. Dazu ist eine wesentliche Verbesserung der Datenauslese erforderlich, um die großen Unterschiede zwischen den einzelnen Auslesemodulen zu vermeiden. Eine Weiterentwicklung in der Datenaufbereitungsmethode könnte zu einer besseren Separation von Hadronen und Photonen und damit zu einer untergrundfreieren Photonenmessung führen. Erforderlich ist auch eine sehr genaue Simulation der Detektoreffekte durch Angabe aller Details des Experiments im GEANT-Programm. Nach den Schwerionenexperimenten mit Sauerstoff- und Schwefelstrahlen wurde das Schwerionenprogramm am CERN 1994 durch den Bleistrahl 208Pb mit der Energie von 158 GeV pro Nukleon weitergeführt. Mit der Vergrößerung des Reaktionssystems erwartete man nicht unbedingt eine Erhöhung der Energiedichte, aber einen größeren Thermalisierungsgrad des Systems. Ziel blieb immer noch der Nachweis des Quark- Gluon-Plasmas und die Erforschung von Materie unter extremsten Bedingungen. Um eine möglichst universelle Aussage über den Ablauf einer ultrarelativistischen Schwerionenreaktion machen zu können, wurde ein Experiment, das WA98-Experiment, mit einer großen Akzeptanz für die Messung von Photonen und Hadronen entworfen. Die Kombination von Signalen verschiedener Detektoren sollte es ermöglichen unterschiedliche Charakteristika der Stoßprozesse parallel zu untersuchen. Basierend auf den Erfahrungen mit dem Photonen-Multiplizitäts-Detektor im WA93-Experiment, auch die im Zusammenhang mit dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse, wurde ein größerer und verbesserter Detektor für den Einsatz im WA98- Experiment gebaut. Der Detektor wurde erstmals 1994 zur Messung von Photonenverteilungen in Pb-Pb Kollisionen bei Energien von 158 GeV pro Nukleon am CERN SPS eingesetzt.
The directed and elliptic flow of protons and charged pions has been observed from the semi-central collisions of a 158 GeV/nucleon Pb beam with a Pb target. The rapidity and transverse momentum dependence of the flow has been measured. The directed flow of the pions is opposite to that of the protons but both exhibit negative flow at low pt. The elliptic flow of both is fairly independent of rapidity but rises with pt. PACS numbers: 25.75.-q, 25.75.Ld
Using the NA49 main TPC, the central production of hyperons has been measured in CERN SPS Pb - Pb collisions at 158 GeV c-1. The preliminary ratio, studied at 2.0 < y < 2.6 and 1 < pT < 3 GeV c-1, equals ~ (13 ± 4)% (systematic error only). It is compatible, within errors, with the previously obtained ratios for central S + S [1], S + W [2], and S + Au [3] collisions. The fit to the transverse momentum distribution resulted in an inverse slope parameter T of 297 MeV. At this level of statistics we do not see any noticeable enhancement of hyperon production with the increased volume (and, possibly, degree of equilibration) of the system from S + S to Pb + Pb. This result is unexpected and counterintuitive, and should be further investigated. If confirmed, it will have a significant impact on our understanding of mechanisms leading to the enhanced strangeness production in heavy-ion collisions.
Preliminary data on phi production in central Pb + Pb collisions at 158 GeV per nucleon are presented, measured by the NA49 experiment in the hadronic decay channel phi - K+K-. At mid-rapidity, the kaons were separated from pions and protons by combining dE/dx and time-of-flight information; in the forward rapidity range only dE/dx identification was used to obtain the rapidity distribution and a rapidity-integrated mt-spectrum. The mid-rapidity yield obtained was dN/dy = 1.85 ± 0.3 per event; the total phi multiplicity was estimated to be 5.0 ± 0.7 per event. Comparison with published pp data shows a slight, but not very significant strangeness enhancement.
Lambda and Antilambda reconstruction in central Pb+Pb collisions using a time projection chamber
(1997)
The large acceptance time projection chambers of the NA49 experiment are used to record the trajectory of charged particles from Pb + Pb collisions at 158 GeV per nucleon. Neutral strange hadrons have been reconstructed from their charged decay products. To obtain distributions of Λ, and Ks0 in discrete bins of rapidity, y, and transverse momentum, pT, calculations have been performed to determine the acceptance of the detector and the efficiency of the reconstruction software as a function of both variables. The lifetime distributions obtained give values of cτ = 7.8 ± 0.6 cm for Λ and cτ = 2.5 ± 0.3 cm for Ks0, consistent with data book values.
We present the measured correlation functions for pi+ pi-, pi- pi- and pi+ pi+ pairs in central S+Ag collisions at 200 GeV per nucleon. The Gamov function, which has been traditionally used to correct the correlation functions of charged pions for the Coulomb interaction, is found to be inconsistent with all measured correlation functions. Certain problems which have been dominating the systematic uncertainty of the correlation analysis are related to this inconsistency. It is demonstrated that a new Coulomb correction method, based exclusively on the measured correlation function for pi+ pi- pairs, may solve the problem.
Symmetrie
(1997)
Due to the additional need of very short bunches for the FEL operation with the TESLA-machine strong wakefield effects are expected. One third of the total wakefield energy per bunch is radiated into the frequency region above the energy gap of Cooper pairs in superconducting niobium. The energy of the cooper pairs in superconducting niobium at 2 K corresponds to a frequency of 700 GHz. An analytical and experimental estimation for the overall energy loss of the FEL bunch above energy gap is presented. The analytical method is based on a study from R. B. Palmer [1]. The results of the wakefield estimations are used to calculate possible quality factor reduction of the TESLA cavities during FEL operation. Results are presented.
To describe ultrarelativistic heavy-ion collisions we construct a three-fluid hydrodynamical model. In contrast to one-fluid hydrodynamics, it accounts for the finite stopping power of nuclear matter, i.e. for nonequilibrium e ects in the early stage of the reaction. Within this model, we study baryon dynamics in the BNL-AGS energy range. For the system Au+Au we find that kinetic equilibrium between projectile and target nucleons is established only after a time teq CM H 5 fm/c C 2RAu/³CM. Observables which are sensitive to the early stage of the collision (like e.g. nucleon flow) therefore di er considerably from those calculated in the one-fluid model.
We discuss the early evolution of ultrarelativistic heavy-ion collisions within a multi- fluid dynamical model. In particular, we show that due to the finite mean-free path of the particles compression shock waves are smeared out considerably as compared to the one-fluid limit. Also, the maximal energy density of the baryons is much lower. We discuss the time scale of kinetic equilibration of the baryons in the central region and its relevance for directed flow. Finally, thermal emission of direct photons from the fluid of produced particles is calculated within the three-fluid model and two other simple expansion models. It is shown that the transverse momentum and rapidity spectra of photons give clue to the cooling law and the early rapidity distribution of the photon source.
Abstract: We study transverse expansion and directed flow in Au(11AGeV)Au reactions within a multi-fluid dynamical model. Although we do not employ an equation of state (EoS) with a first order phase transition, we find a slow increase of the transverse velocities of the nucleons with time. A similar behaviour can be observed for the directed nucleon flow. This is due to non-equilibrium e ects which also lead to less and slower conversion of longitudinal into transverse momentum. We also show that the proton rapidity distribution at CERN energies, as calculated within this model, agrees well with the preliminary NA44-data.
Hadron and hadron cluster production in a hydrodynamical model including particle evaporation
(1997)
We discuss the evolution of the mixed phase at RHIC and SPS within boostinvariant hydrodynamics. In addition to the hydrodynamical expansion, we also consider evaporation of particles o the surface of the fluid. The back-reaction of this evaporation process on the dynamics of the fluid shortens the lifetime of the mixed phase. In our model this lifetime of the mixed phase is d 12 fm/c in Au + Au at RHIC and d 6.5 fm/c in Pb + Pb at SPS, even in the limit of vanishing transverse expansion velocity. Strong separation of strangeness occurs, especially in events (or at rapidities) with relatively high initial net baryon and strangeness number, enhancing the multiplicity of MEMOs (multiply strange nuclear clusters). If antiquarks and antibaryons reach saturation in the course of the pure QGP or mixed phase, we find that at RHIC the ratio of antideuterons to deuterons may exceed 0.3 and even 4He/4He > 0.1. In S + Au at SPS we find only N/N H 0.1. Due to fluctuations, at RHIC even negative baryon number at midrapidity is possible in individual events, so that the antibaryon and antibaryon-cluster yields exceed those of the corresponding baryons and clusters.
We study the time scale for pressure equilibration in heavy ion collisions at AGS energies within the three-fluid hydrodynamical model and a microscopic cascade model (UrQMD). We find that kinetic equilibrium is reached in both models after a time of 5 fm/c (center-of-mass time). Thus, observables which are sensitive to the early stage of the reaction differ considerably from the expectations within the instant thermalization scenario (one-fluid hydrodynamical model).
Direct photon production in central Pb+Pb collisions at CERN-SPS energy is calculated within the relativistic microscopic transport model UrQMD, and within distinctly di erent versions of relativistic hydrodynamics. We find that in UrQMD the local momentum distributions of the secondaries are strongly elongated along the beam axis initially. Therefore, the preequilibrium contribution dominates the photon spectrum at transverse momenta above H 1.5 GeV. The hydrodynamics prediction of a strong correlation between the temperature and radial expansion velocities on the one hand and the slope of the transverse momentum distribution of direct photons on the other hand thus is not recovered in UrQMD. The rapidity distribution of direct photons in UrQMD reveals that the initial conditions for the longitudinal expansion of the photon source (the meson fluid ) resemble rather boostinvariance than Landau-like flow.
A study of secondary Drell-Yan production in nuclear collisions is presented for SPS energies. In addition to the lepton pairs produced in the initial collisions of the projectile and target nucleons, we consider the potentially high dilepton yield from hard valence antiquarks in produced mesons and antibaryons. We calculate the secondary Drell-Yan contributions taking the collision spectrum of hadrons from the microscopic model URQMD. The con- tributions from meson-baryon interactions, small in hadron-nucleus interac- tions, are found to be substantial in nucleus-nucleus collisions at low dilepton masses. Preresonance collisions of partons may further increase the yields.
We study here hot nuclear matter in the quark meson coupling model which incorporates explicitly quark degrees of freedom, with quarks coupled to scalar and vector mesons. The equation of state of nuclear matter including the composite nature of the nucleons is calculated at finite temperatures. The calculations are done taking into account the medium-dependent bag constant. Nucleon properties at finite temperatures as calculated here are found to be appreciably different from the value at T=0.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Aufbruchsmechanismus des Projektilspektators im relativistischen Energiebereich untersucht. Es zeigte sich dabei, daß die in vorherigen Experimenten beobachtete Targetunabhängigkeit der Fragmentproduktion bei 600 AMeV sich als universelle Eigenschaft des Zerfalls von angeregter und expandierter Kernmaterie erweist. Die Untersuchung von Ladungskorrelationen zeigte ebenfalls weder eine Energie- noch Projektilabhängigkeit im Rahmen der experimentellen Auflösung. Diese Ergebnisse sind im wesentlichen auch zu höheren und niedrigeren Energien von anderen Experimenten bestätigt worden. Mit diesem experimentellen Befund kann eindeutig der Beweis für die Existenz einer Multi-Fragmentproduktion bei relativistischen Energien gegeben werden. Im Rahmen von Modellen können die beobachteten Ladungsobservablen mit einem statistisch dominierten Zerfall erklärt werden. Die sich daran anschließende Frage nach dem Aufbruchsmechanismus und dessen Eigenschaften wurde weiterführend mit Ausrichtung auf kinematische und thermodynamische Eigenschaften des Systems untersucht. Dabei ergab sich, daß die kinematischen Observablen der Projektilquelle einen thermisch äquilibrierten Zustand widerspiegeln, unabhängig vom Stoßparameter und der Einschußenergie. Die hierbei beobachtete Emission von leichten Teilchen, die nicht eindeutig einer intermediären oder Projektilquelle zugeordnet werden konnten, ist hierbei Hinweis auf Nicht-Gleichgewichtsanteile, die in der frühen Phase der Reaktion gebildet werden. Mit der Untersuchung von kollektiven Eigenschaften des zerfallenden Systems wurde versucht, einen quantitativen Einblick in die Reaktionskinematik und den damit zusammenhängenden Energietransfer in den Projektilspektator zu erhalten. Diese Analysen ergaben, daß es bei gleichem Stoßparameter eine starke Abhängigkeit des "Bounce Off" von der Targetmasse gibt, während zu höheren Energien, beim gleichen System, nur ein kleiner Effekt zu höheren Impulsüberträgen (5-10 MeV/c) beobachtet wird. Die Energiebilanz des Systems und die hieraus extrahierten Anregungsenergien zeigten zum ersten Mal in experimentellen Daten ohne Zuhilfenahme von theoretischen Modellen, daß für die stark asymmetrischen Systeme nicht der gleiche Zusammenhang zwischen Anregungsenergie und Z bounce; erhalten wird wie bei den symmetrischen Systemen. Dies zeigt sich bei den asymmetrischen Systemen durch eine Saturation der Anregungsenergie mit kleiner werdendem Z bounce, im Gegensatz zu den symmetrischen Systemen, die einen weiteren Anstieg zeigen. Die absoluten Werte der maximalen Anregungsenergie von <E0/A0> ~ 21-23 MeV bei halbzentralen Reaktionen von 197 Au + 197 Au bei 800 AMeV und <E0/A0> ~27 MeV bei 238 U + 238 U 1000 AMeV sind verschieden bei gleichem Z bound. Es stellt sich jedoch heraus, daß mit Ausnahme der stark asymmetrischen Systeme die Anregungsenergie pro herausgeschlagenem Nukleon (<E Knock/A>) in Abhängigkeit von der prozentualen Größe des Prefragments zu peripheren Reaktionen monoton und energieunabhängig steigt.Werden die experimentell bestimmten Anregungsenergien verglichen mit denen aus theoretischen Modellen, so sind diese immer deutlich geringer. Im statistischen Modell von Botvina und Mitarbeitern, das von D´esesquelles mit unseren Daten verglichen wurde [D´ese 96] [D´ese 95], ergaben sich maximale Anregungsenergien von <E0/A0> ~ 7-8 MeV in zentralen Reaktionen. Ein Vergleich mit QMD + SMM ergibt, daß für die asymmetrischen Systeme (197AU + 12C)mit einer Anregungsenergien von maximal <E0/A0> ~ 8-9 MeV eine Beschreibung der Daten möglich ist. Für die symmetrischen Systeme zeigt sich eine zunehmende Diskrepanz mit zunehmender Targetmasse zwischen den experimentellen und theoretischen Anregungsenergien. Die Ladungsobservablen der Daten werden von der verwendeten QMD + SMM-Rechnung und der QMD (SACA)-Rechnung gut wiedergegeben. Durch Anpassung von Rechnungen mit dem Quantenstatischen Modell [Hahn 88b] (QSM) an die experimentellen Daten ergaben sich Aufbruchsdichten bei zentralen Reaktionen von rho/rho 0 ~ 0.3 bis 0.4, diese sind konsistent mit dem Aufbruch eines äquilibrierten und expandierten Systems. Die aus QSM erhaltenen Temperaturen des Quellsystems in Abhängigkeit von der Anregungsenergie geben im wesentlichen den von Pochodzalla und Mitarbeitern beobachteten Verlauf der kalorischen Kurve wieder. Die Frage, ob dieser Verlauf einen Phasenübergang von flüssig zu gasförmig darstellt, ist anhand dieser Methode nicht zu entscheiden. Die Ergebnisse der Ladungsobservablen in Verbindung mit den kollektiven Eigenschaften zeigen, daß die Anregungsenergie, die zum Erreichen des Maximums der M Fragmentproduktion ( <M IMF> ~ 4.4) nötig ist <E0/A0> ~ 11 MeV, einen geringeren absoluten Wert hat als der Bereich des möglichen Phasenübergangs <E0/A0> ~17 MeV. Im Gegensatz dazu stellt sich das Maximum der mittleren IMF -Produktion energie-, target- und projektilunabhängig bei <E0/A0> ~11 MeV ein. Mit diesemVergleich wird deutlich, daß zur näheren Untersuchung des Phasenübergangs von Kernmaterie nicht die in der Anregungsenergie saturierenden asymmetrischen Projektil-Target Kombinationen benutzt werden können. Die physikalische Fragestellung einer neuen Generation von Experimenten mit dem ALADIN-Detektor müßte in der Quantifizierung des Phasenübergangs und seiner dynamischen Observablen liegen. Dabei ist Beantwortung der Frage nach der zeitlichen Entwicklung der Fragmentproduktion über Korrelationen der Fragmente im Bereich des Phasenübergangs im Vergleich zum Maximum der universellen Kurve sowie die ereignisweise Bestimmung von dynamischen Observablen anzustreben.
Analyse der hadronischen Endzustandsverteilungen in ultra-relativistischen Blei-Blei-Kollisionen
(1997)
Die in ultra-relativistischen Schwerionenkollisionen erreichten Dichten und Temperaturen der hochangeregten hadronischen Kernmaterie führen möglicherweise zu einem Übergang in eine partonische Phase ohne Einschluß der Quarks und Gluonen in Hadronen (Quark-Gluon Plasma). Dieser Kontinuumszustand der Quantenchromodynamik wird in der frühen Anfangsphase des Universums bei sehr hohen Temperaturen und im Inneren von Neutronensternen bei einem Vielfachen der Grundzustandsdichte von Kernmaterie erwartet. Im Herbst 1994 wurden am europäischen Kernforschungszentrum CERN im Rahmen des NA49-Experimentes zentrale 208Pb + 208Pb - Kollisionen am SPS bei einer Einschußenergie von 158 GeV pro Nukleon untersucht. Die Daten wurden in einer der Spurendriftkammern (VTPC2) aufgenommen, die zur präzisen Messung des Impulses in einem Magnetfeld positioniert wurde. Aus diesem Datenensemble wurden in dieser Arbeit 61000 Ereignisse in Hinblick auf die Produktion negativ geladener Hadronen (h-) und die Endzustandsverteilungen der an der Reaktion teilnehmenden Nukleonen (Partizipanten) analysiert. Die Phasenraum-Akzeptanz der VTPC2 erstreckt sich für die negativ geladenen Hadronen im Rapiditätsintervall yPi = [3.2 5.0] und für die Netto-Protonen bei yp = [3.0, 4.4] über den Transversalimpuls-Bereich von p..=[0.0 2.0] GeV/c. Die statistischen Fehler der vorgestellten Ergebnisse reduzieren sich durch die große Statistik zu << 1%, die systematischen Fehler der Impulsmessung liegen im Bereich <= 2%. Die Korrektur auf Ineffizienzen des verwendeten Spur-Rekonstruktionsalgorithmus ist mit der lokalen Spurdichte und der Ereignismultiplizität korreliert und trägt wesentlich zum systematischen Fehler bei: für die negativ geladenen Hadronen im Bereich von 5%, für die Netto-Protonen 15-20%. Die Untersuchung der Effekte hoher Raumladungsdichten in verschiedenen Zählgasen der Spurendriftkammern führte zu einer Optimierung der Betriebsparameter der Detektoren und damit zu einer Reduzierung der Zahl saturierter Auslesekanäle. Die erhöhte Effizienz der Spurpunkt-Rekonstruktion verbesserte die Zweispurauflösung auf 100% bei einem mittleren Abstand von 2 cm zwischen zwei benachbarten Spuren, die Ortsauflöosung in der VTPC2 liegt im Bereich von 270-350 Mikrom in longitudinaler und transversaler Richtung und die relative Impulsauflösung beträgt dp/p exp 2 ~ 2 x 10 exp (-4) (GeV/c) exp (-1). Die in zentralen Blei-Blei-Stößen produzierten negativ geladenen Hadronen weisen mittlere Transversalimpulse von <p..> ~ 366 MeV/c bei y Pi = 4.3 bis <p..> ~ 300 MeV/c bei y Pi auf; für die Netto-Protonen fällt der aus dem mittleren Transversalimpuls berechnete Temperaturparameter von 275 MeV bei midrapidity bis zu 230 MeV bei yp = 4.3 ab. Im Vergleich mit anderen Stoßsystemen als Funktion der Anzahl produzierter Teilchen wird ein leichter Anstieg von <p..> beobachtet. Die Rapiditätsabhängigkeit des mittleren Transversalimpulses der produzierten h- in Nukleon-Nukleon- und zentralen Schwefel-Schwefel-Reaktionen ist mit denen der untersuchten Pb-Kollisionen in Form und Breite der Verteilung vergleichbar. Die Analyse der Transversalimpuls-Spektren von h- und (p-anti-p) fürt zu inversen Steigungsparametern von <T Pi> ~ 165 MeV und <T Pi> ~ 255 MeV, die teilweise über der von Hagedorn vorhergesagten Grenztemperatur eines hadronischen Gases liegen. Zudem zeigen die Spektren des invarianten Wirkungsquerschnittes deutliche Abweichungen von dem in einem thermischen Modell erwarteten exponentiellen Verlauf bei kleinen und großen <p..>. Innerhalb eines hydrodynamischen Modells sind diese Abweichungen vom idealen Verlauf mit einer kollektiven transversalen Expansion kompatibel, die mittleren transversalen Flußgeschwindigkeiten betragen <v..> ~ 0.6 c, die Ausfriertemperaturen <T PI, f0> ~ 95 MeV und <T P, f0> ~ 110 MeV. Die im Vergleich zu Nukleon-Nukleon-Stößen in Schwerionenreaktionen erhöhte Produktion von h- bei kleinen Transversalimpulsen wird in allen betrachteten y Pi -Intervallen zu 10-20% bestimmt. Im Gegensatz zu Messungen des NA44-Experimentes mit <h->/<h+> = 1.8 kann aus dem Verhältnis des invarianten Wirkungsquerschnittes von negativ zu positiv geladenen Hadronen bei kleinen transversalen Energien nur eine moderate Erhöhung um <h->/<h+> = 1.2 festgestellt werden, was auf keinen signifikanten Coulomb-Effekt durch eine mitbewegte positive Ladung schließen läßt. Die Erweiterung der Akzeptanz der (p - anti p)-Rapiditätsverteilung in der VTPC2 durch Messungen der MTPC bei großen Rapiditäten führt zu einer mittleren Gesamtmultiplizität von 151 +- 9 an der Reaktion teilnehmenden Protonen pro Ereignis. Der durchschnittliche Rapiditätsverlust der Projektilprotonen beträgt <delta y> = 1.99 +- 0.19, für zentrale Kollisionen des S+S-Systems ergibt sich ein um 20% niedrigerer Wert. Das Verhältnis der Dichte der hochkomprimierten Materie im Reaktionsvolumen zur Grundzustandsdichte von Kernmaterie ist im Rahmen von Modellvorhersagen rho/rho ~ 7.3. Der mittlere Energieverlust pro Nukleon im Schwerpunktsystem wurde bei einer zur Verfügung stehenden Eingangsenergie von sqrt(s) = 8.6 GeV/Nukleon zu <dE> exp (cms) N = 5.4 GeV ermittelt: die Stopping Power ergibt P = 63 %. Aus der Baryonen-Dichte bei midrapidity läßt sich in einem einfachen 2-Flavour Modell das baryo-chemische Potential zu mü-B = 182 MeV berechnen. Die ermittelte Gesamtmultiplizität der h- beträgt 716 +-11, die Breite einer angepaßten Gauß-Verteilung ist mit Rhp -Pi = 1.37 um 40% breiter als die dn/dy-Verteilung einer stationären, thermisch emittierenden Quelle: zusammen mit Messungen der Quellgrößen und einer longitudinalen Expansionsgeschwindigkeit innerhalb der HBT-Analyse ergibt sich das Bild einer elongierten, longitudinal boost-invariant expandierenden Quelle. Die dn/dy-Verteilungen der h- aus <N + N>- und Pb+Pb-Reaktionen zeigen die Andeutung eines Plateaus um die Schwerpunktsrapidität, was auf eine Teilchenproduktion gemäß dem Bjorken-Bild entlang eines zylinderförmigen Reaktionsvolumens schließen läßt. Die Zahl der produzierten negativ geladenen Hadronen pro Partizipant beträgt in den analysierten Ereignissen <h->/<N B - AntiB> = 1.88 und steigt im Vergleich mit den Werten aus den symmetrischen Stßsystemen <N+N> und S+S leicht an. Die im Reaktionsvolumen deponierte Energie aus dem Energieverlust der partizipierenden Nukleonen wird somit nur geringfügig für die erhöhte Produktion von h- verwendet. Die h-Multiplizität als Maß für die System-Entropie zeigt - ebenso wie die im NA35-Experiment gemessenen zentralen S+S-Kollisionen bei 200 GeV pro Nukleon - als Funktion der Einschußenergie der Projektilkerne eine Überhöhung im Vergleich zu Reaktionen bei niedrigeren Energien, was einem möglichen Anstieg der Zahl der Freiheitsgrade und damit der Formation einer partonischen Phase bei ultra-relativistischen Schwerionenkollisionen entsprechen könnte. Aus den Messungen der Netto-Baryonen und der produzierten h- wurde im Bjorken-Bild die Energiedichte im zentralen Reaktionsvolumen zu E = 2.14 GeV/fm exp 3 bestimmt.