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We present the first measurement of midrapidity vector meson phi production in Au+Au collisions at RHIC (sqrt[sNN]=130 GeV) from the STAR detector. For the 11% highest multiplicity collisions, the slope parameter from an exponential fit to the transverse mass distribution is T=379±50(stat)±45(syst) MeV, the yield dN/dy=5.73±0.37(stat)±0.69(syst) per event, and the ratio N phi /Nh- is found to be 0.021±0.001(stat)±0.004(syst). The measured ratio N phi /Nh- and T for the phi meson at midrapidity do not change for the selected multiplicity bins.
We report the first measurement of inclusive antiproton production at midrapidity in Au+Au collisions at sqrt[sNN] = 130 GeV by the STAR experiment at RHIC. The antiproton transverse mass distributions in the measured transverse momentum range of 0.25<pperp<0.95 GeV/c are found to fall less steeply for more central collisions. The extrapolated antiproton rapidity density is found to scale approximately with the negative hadron multiplicity density.
The first measurements of light antinucleus production in Au+Au collisions at the Relativistic Heavy-Ion Collider are reported. The observed production rates for d-bar and 3He-bar are much larger than in lower energy nucleus-nucleus collisions. A coalescence model analysis of the yields indicates that there is little or no increase in the antinucleon freeze-out volume compared to collisions at CERN SPS energy. These analyses also indicate that the 3He-bar freeze-out volume is smaller than the d-bar freeze-out volume.
We report first results on elliptic flow of identified particles at midrapidity in Au+Au collisions at sqrt[sNN] = 130 GeV using the STAR TPC at RHIC. The elliptic flow as a function of transverse momentum and centrality differs significantly for particles of different masses. This dependence can be accounted for in hydrodynamic models, indicating that the system created shows a behavior consistent with collective hydrodynamical flow. The fit to the data with a simple model gives information on the temperature and flow velocities at freeze-out.
The minimum-bias multiplicity distribution and the transverse momentum and pseudorapidity distributions for central collisions have been measured for negative hadrons ( h-) in Au+Au interactions at sqrt[sNN] = 130 GeV. The multiplicity density at midrapidity for the 5% most central interactions is dNh-/d eta | eta = 0 = 280±1(stat)±20(syst), an increase per participant of 38% relative to pp-bar collisions at the same energy. The mean transverse momentum is 0.508±0.012 GeV/c and is larger than in central Pb+Pb collisions at lower energies. The scaling of the h- yield per participant is a strong function of pperp. The pseudorapidity distribution is almost constant within | eta |<1.
Two-pion correlation functions in Au+Au collisions at sqrt[sNN] = 130 GeV have been measured by the STAR (solenoidal tracker at RHIC) detector. The source size extracted by fitting the correlations grows with event multiplicity and decreases with transverse momentum. Anomalously large sizes or emission durations, which have been suggested as signals of quark-gluon plasma formation and rehadronization, are not observed. The Hanbury Brown-Twiss parameters display a weak energy dependence over a broad range in sqrt[sNN].
We report results on the ratio of midrapidity antiproton-to-proton yields in Au+Au collisions at sqrt[sNN] = 130 GeV per nucleon pair as measured by the STAR experiment at RHIC. Within the rapidity and transverse momentum range of | y|<0.5 and 0.4<pt<1.0 GeV/c, the ratio is essentially independent of either transverse momentum or rapidity, with an average of 0.65±0.01(stat)±0.07(syst) for minimum bias collisions. Within errors, no strong centrality dependence is observed. The results indicate that at this RHIC energy, although the p-p-bar pair production becomes important at midrapidity, a significant excess of baryons over antibaryons is still present.
Elliptic flow from nuclear collisions is a hadronic observable sensitive to the early stages of system evolution. We report first results on elliptic flow of charged particles at midrapidity in Au+Au collisions at sqrt[sNN] = 130 GeV using the STAR Time Projection Chamber at the Relativistic Heavy Ion Collider. The elliptic flow signal, v2, averaged over transverse momentum, reaches values of about 6% for relatively peripheral collisions and decreases for the more central collisions. This can be interpreted as the observation of a higher degree of thermalization than at lower collision energies. Pseudorapidity and transverse momentum dependence of elliptic flow are also presented.
Observation of enhanced subthreshold K+ production in central collisions between heavy nuclei
(1994)
In the very heavy collision system 197Au+197Au the K+ production process was studied as a function of impact parameter at 1 GeV/nucleon, a beam energy well below the free N-N threshold. The K+ multiplicity increases more than linearly with the number of participant nucleons and the K+/ pi + ratio rises significantly when going from peripheral to central collisions. The measured K+ double differential cross section is enhanced by a factor of 6 compared to microscopic transport calculations if secondary processes (Delta N-->K Lambda N and Delta Delta -->K Lambda N) are ignored.
The energy dependence of rapidity distributions and flow effects was studied in central Ar+Pb collisions at 400, 800, and 1800 MeV/nucleon using a streamer chamber. Rapidity distributions for proton and pions are found to have a Gaussian shape whereas those for deuterons exhibit a two-peak structure at the two higher energies. The average in-plane transverse momentum per/nucleon and per/event shows saturation of flow around 800 MeV/nucleon for this asymmetric system. The aspect ratio of the sphericity tensor is closely correlated with the flow angle. This correlation appears to be independent of beam energy. The number of participating nucleons in central collisions varies from 213 at 400 to 135 at 1800 MeV/nucleon indicating that at the lowest energy almost the entire target nucleus participates in the collision.
Nuclear resonance fluorescence experiments have been performed on the deformed actinide nucleus 236U. Bremsstrahlung of 3.9 MeV endpoint energy has been used as the photon source. The scattered photons were detected by three high resolution Ge- gamma -spectrometers installed at scattering angles of 92°, 128°, and 150°, respectively. Precise excitation energies, decay branching ratios, and ground state decay widths of numerous previously unknown spin 1 states in the excitation energy range 1.8-3.2 MeV have been extracted. The dipole strength has been found to be concentrated in the energy range 2.1-2.5 MeV. The systematics of the so-called scissors mode observed as a result of the previous ( gamma , gamma ') and (e,e') experiments on 232Th and 238U and, in particular, their combined analysis suggests likewise to attribute these new dipole excitations in 236U to the orbital M1 scissors mode.
Semicentral Ar+KCl, La+La, and Ar+Pb collisions at 800 MeV/nucleon were studied using a streamer chamber. The results are analyzed in the framework of the transverse momentum analysis and in terms of the average sphericity matrix. A critical examination of the analysis procedures, both experimental and theoretical, is given. New procedures are described to account for overall momentum conservation in the reaction, and to correct for azimuthal variations in the detection efficiency. Average transverse momenta per nucleon in the reaction plane are presented for deuterons emitted in the forward hemisphere, as these provide the most reliable information. A Vlasov-Uehling-Uhlenbeck calculation with a stiff equation of state gives a good fit to the momenta in the Ar+Pb reaction. Flow effects parametrized further using the sphericity tensor are found stronger than in the cascade model and consistently weaker than predicted by hydrodynamics. Parameters from the sphericity tensor exhibit a larger variation as a function of multiplicity than do the average momenta per nucleon.
The challenging intricacies of strongly correlated electronic systems necessitate the use of a variety of complementary theoretical approaches. In this thesis, we analyze two distinct aspects of strong correlations and develop further or adapt suitable techniques. First, we discuss magnetization transport in insulating one-dimensional spin rings described by a Heisenberg model in an inhomogeneous magnetic field. Due to quantum mechanical interference of magnon wave functions, persistent magnetization currents are shown to exist in such a geometry in analogy to persistent charge currents in mesoscopic normal metal rings. The second, longer part is dedicated to a new aspect of the functional renormalization group technique for fermions. By decoupling the interaction via a Hubbard-Stratonovich transformation, we introduce collective bosonic variables from the beginning and analyze the hierarchy of flow equations for the coupled field theory. The possibility of a cutoff in the momentum transfer of the interaction leads to a new flow scheme, which we will refer to as the interaction cutoff scheme. Within this approach, Ward identities for forward scattering problems are conserved at every instant of the flow leading to an exact solution of a whole hierarchy of flow equations. This way the known exact result for the single-particle Green's function of the Tomonaga-Luttinger model is recovered.
In dieser Arbeit werden grundlegende Untersuchungen zum Verständnis der dynamischen Wechselwirkungsmechanismen atomarer Projektile mit Festkörperoberflächen vorgestellt, die zur Emission von Sekundärionen führen. Der zentrale Ansatzpunkt ist dabei die Vermessung der Dynamik über die geschwindigkeits- und winkeldifferentielle Verteilung der emittierten Sekundärionen. Dazu wurde ein neuartiges Spektrometer entwickelt, in dem jedes in einem homogenen elektrischen Feld abgelenkte Sekundärion durch seine Flugzeit (TOF) und den Auftreffort auf einen 2-dimensionalen (XY) ortsempfindlichen Detektor charakterisiert wird. Das Prinzip basiert auf dem in Gastargetexperimenten erfolgreich eingesetzten Frankfurter Meßsystem COLTRIMS (COLd Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Dieses System wurde weiterentwickelt und erstmalig in Frankfurt in einem Festkörperexperiment zur geschwindigkeits- und winkeldifferentiellen Spektrometrie von Sekundärionen angewendet. Ein zusätzliches Merkmal gegenüber herkömmlichen Spektrometern ist die Möglichkeit der einfachen Variation des Einfallswinkels 0p vom Projektil zum Target. Die korrekte Transformation der gemessenen Daten in eine 3-dimensionale Anfangsgeschwindigkeitsverteilung bedingt eine möglichst präzise Eichung des Spektrometers. Dazu wurde die in diesem Zusammenhang neuartige Methode des Strahlprofilmonitors entwickelt und eingesetzt. Durch die Wechselwirkung des Projektils mit einem nicht lokalisierten Gastarget erzeugt es auf seinem Weg durch das Spektrometer eine Spur aus Ionen. Die Gasionen befinden sich im Verhältnis zu den von dem Festkörper emittierten Sekundärionen nahezu in Ruhe. Daher kann über die Analyse der Projektilspur auf die zur Eichung notwendigen, aber im Experiment nicht direkt zugänglichen Parameter, wie Flugzeit (T0) und Auftreffort (x0/y0) für Teilchen mit der Geschwindigkeit v0z = v0x = v0y = 0, geschlossen werden. Die systematische Variation von Projektil- (He0/N0/Ar0, Ep = 0.2 - 2.2 MeV, 0p = 37°-78° relativ zur Oberflächennormalen) und Targeteigenschaften (Au/C/LiF/Al) erlaubt ein gezieltes Studium der dynamischen Wechselwirkung zwischen Projektilen und Festkörperoberflächen. Das untersuchte H+-Sekundärion entstammt einer Festkörperoberfläche bedeckenden quasistabilen Kontaminationsschicht, die im wesentlichen aus den Adsorbaten H2, H2O, CxHy besteht. Die gemessenen H+-Geschwindigkeitsverteilungen besitzen ein Maximum etwa bei v0 ungefähr gleich 25-35 km/s mit Ausläufern (abhängig von 0p) bis hin zu 240 km/s. Bei sinkender Projektilgeschwindigkeit zeigt die Verteilung der emittierten H+-Sekundärionen bei hohen Emissionsgeschwindigkeiten (v0 > 60 km/s) eine stark ausgeprägte Asymmetrie in der von dem einfallenden Projektil und der Oberflächennormalen definierten Ebene. Ionen werden mit einer hohen Geschwindigkeit (bis zu 140 km/s bei 0p = 45°) unter einem Winkel von ca. 90° zum Projektil, unabhängig von 0p, emittiert. Diese Asymmetrie wird durch eine binäre Kollision des Projektils mit dem Wasserstoff verursacht. Die Variation der Projektilgeschwindigkeit ist korreliert mit der deponierten Energie des Projektils im Festkörper. Daher kann in der Dynamik der Sekundärionen deutlich der Beitrag des nuklearen Anteils an der totalen Energiedeposition aufgezeigt und getrennt werden. Bei Emissionsgeschwindigkeiten v0 < 60 km/s zeigt sich eine starke Abhängigkeit von den Targeteigenschaften. Bei konstantem Einfallswinkel beobachten wir eine Verschiebung der Maxima von v0 max ungefähr gleich 26.5 km/s bei Au-, über 27.9 km/s bei Al- bis hin zu 32.5 km/s bei LiF-Targets. Es zeigt sich keine meßbare Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Projektils bei Auund C-Targets, dagegen eine deutliche Verschiebung der Maxima hin zu größeren Geschwindigkeiten bei dem Al- (v0 max ungefähr gleich 27.5 km/s - 30 km/s) und dem LiF-Target (v0 max ungefähr gleich 32.5 km/s - 35.5 km/s) mit einer Vergrößerung von 0p. Ionen mit v0 < 30 km/s werden zum Großteil rückwärts in Richtung des einfallenden Projektils emittiert. Au und C sind gute, LiF und das mit einer Al2O3-Schicht überzogene Al dagegen schlechte elektrische Oberflächenleiter. Die Verschiebung der Verteilungen bei einem schlechten elektrischen Leiter ist ein Hinweis auf den zeitabhängigen Zerfall des Projektilspurpotentials im Festkörper. Die Zunahme der Emissionsgeschwindigkeit v0 bei Vergrößerung von 0p ist in der Vergrößerung der effektiven Targetdicke begründet und ein Hinweis auf eine targetdickenabhängige Neutralisationszeit des geladenen Spurkerns durch Elektronen des Substrats. Korrelationen im Sekundärionenemissionsprozeß bezüglich Impuls- und Energieerhaltung zwischen einem emittierten H+-Sekundärion und einem möglichen zweiten Sekundärion wurden nicht beobachtet. Über die Eichung hinaus eröffnen sich zusätzlich noch einige vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten des Strahlprofilmonitors. Zum einen ermöglicht er a) in der Gasmassenspektrometrie eine exakte Korrektur der Ionenflugzeit unabhängig vom Ort der Ionisation und zum anderen bildet er b) eine innovative Methode zur Kartographie lokaler elektrischer Felder und c) ferner einen alternativen Zugang zur Vermessung von Projektilstreuwinkeln. Die Verwendung eines ortsempfindlichen Detektors in der „kinematischen“ Materialanalyse verbindet simultan gute Tiefenprofilauflösung mit dem Nachweis eines großen Raumwinkels zugunsten einer besseren Statistik. Die Kenntnis der Emissionscharakteristik bewährt sich zudem in der Massenanalyse in der Unterscheidung von Ionen fast identischer Massen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals die Realisierung eines (e,3e)- Experimentes an Helium mittels der Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy (COLTRIMS) behandelt. Dabei ging es hauptsächlich um den Aufbau, die Entwicklung, Test und die Durchführung des Experiments. Dazu wurde ein neues Kammersystem am Atomphysikkanal der Frankfurter EZR mit zweistufigem Ultraschallgasjet aufgebaut, an dem in Zukunft noch weitere COLTRIMS- Experimente stattfinden werden. In dieser Arbeit wurde eine Dreifach-Koinzidenz zwischen dem gestreuten Projektilelektron, dem einfach- oder zweifach geladenem Rückstoßion und dem langsamen Elektron verwirklicht. Sie stellt das wesentliche Ergebnis der vorliegenden Arbeit dar. Koinzident zum Streuwinkel und Energieverlust des Projektilelektrons wurden hierbei Flugzeiten und Auftrefforte rte von He1 - bzw. He2 - Ionen und von einem der ionisierten Elektronen gemessen. Anhand der durchgeführten umfangreichen Eichmessungen unter Hinzuziehung von Impuls- und Energieerhaltungssätzen lassen sich somit sämtliche Impulse der Teilchen errechnen. Somit gewinnt man Informationen über den Ionisationsprozeß. Desweiteren lassen sich multidifferentielle Wirkungsquerschnitte bestimmen, die sich mit theoretischen Modellen vergleichen lassen. Die Rückstoßionenimpulsverteilungen und die Flugzeitspektren für das He2 -Ion demonstrieren die Signifikaz der erreichten Statistik, trotz der geringen Koinzidenzrate von 17 h-1. Die Meßdaten wurden einer groben Auswertung unterzogen. Die entgültige Analyse, Ergebnisdeutung, Interpretation und Vergleich mit der Theorie fand in dieser Arbeit nicht statt. Die Projektilenergie lag bei allen Messungen bei 550 eV. Der Elektronenstrahl wurde, entgegen der vorherrschenden Meinung, mit einem Blendensystem auskollimiert. Im nächsten Schritt sollen statt mit nur einem mit zwei oder mehreren Schlitzblenden nacheinander der Elektronenstrahl auskollimiert werden, so daß die am vorderen Schlitz gestreuten Elektronen in den nachfolgenden ausgeblendet werden können. Somit verringert man die problematische Untergrundrate auf dem Elektronendetektor. Für weitere Untersuchungen werden momentan neue Spektrometerkonzepte entwickelt. Bei der Konzeption des neuen Spektrometers wird der Abstand zwischen Targetzone und Elektronendetektor größer gewählt. Dies verringert zwar den Nachweisraumwinkel für die Elektronen, aber man erreicht dadurch eine Verringerung der Untergrundselektronen. Der Verringerung des Nachweisraumwinkels kann man entgegenwirken, indem man einen großen MCP- Detektor mit 80 mm Durchmesser einsetzt. Der Eintrittsbereich des Projektilstrahls in das Rückstoßionenimpulsspektrometer sollte großzügig gewählt werden, da auf diese Art und Weise verhindert werden kann, daß der Elektronenstrahl die Potentialringe in Eintrittsbereich streift und wohlmöglich unerwünschte Sekundärelektronen erzeugt, die im Extraktionsfeld des Spektrometers auf den Elektronendetektor hin beschleunigt werden und ebenfalls für Untergrund sorgen. Eine Pulsung der Elektronenkanone über die Wehneltspannung vorzunehmen und den Puls als Start oder Trigger für die Datenaufnahme einzusetzen ist nur dann sinnvoll, wenn die Flugzeit der Elektronen um mindestens eine Größenordnung größer ist als die erreichbare Pulslänge. Nach Auskunft unserer Elektronik liegen die erreichbaren Pulslängen bei etwa 5 ns. Aufgrund der notwendigen Stabilität sowohl in der Elektronik als auch in der Kühlung des Kaltkopfes ist eine insgesamt kürzere Meßzeit erstrebenswert.
Charged-particle exclusive data for Ar+Pb collisions at 0.772 GeV/u are analyzed in terms of collective variables for the event shapes in momentum space. Semicentral collisions lead to sidewards flow whereas nearly head-on collisions have spherical shapes in the c.m. frame, resulting from complete stopping of projectile motion. The hydrodynamical model predictions agree qualitatively with the data whereas the standard cascade model disagrees, lacking in stopping power and collective flow.
Nuclear resonance fluorescence measurements with linearly polarized bremsstrahlung were performed to determine parities of bound dipole transitions in 206Pb. A new 1+ level at 5800 keV was found, which has almost the same strength as the isoscalar M1 transition in 208Pb. Twenty-four further dipole states in 206Pb below 7.6 MeV possess negative parity.
Pion and proton production are measured to investigate thermal equilibrium in central collisions of 40Ar+KCl at 1.8 GeV/nucleon. The bulk of the pion yield is isotropic in the c.m. system, with an apparent temperature of 58±3 MeV, much lower than the 118±2 MeV of the protons. It is shown that the low pion "temperature" can be explained by the decay kinematics of delta resonances in thermal equilibrium. A (5±1)% component in the pion spectrum is, however, found to have a temperature of 110±10 MeV. The effect on the spectra of possible contributions from collective radial flow is discussed.