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Ein Schwerpunkt der physikalischen Fragestellungen, die zur Entwicklung des Dileptonenspektrometers HADES führten, ist die präzise Vermessung des invarianten Massenspektrums von Dileptonen, die in zentralen Reaktionen von relativistischen Schwerionen entstehen. In den Spektren sind die leptonischen Zerfälle der Vektormesonen enthalten. Aus Position und Breite der entsprechenden Signale kann auf eine mögliche Veränderung der Eigenschaften von Vektormesonen im dichten und heißen Kernmedium geschlossen werden. Für die Rekonstruktion der Teilchentrajektorien der Elektronen und Positronen werden die Vieldraht-Driftkammern verwendet, und unter Berücksichtigung des Magnetfelds kann der Teilchenimpuls mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Die hohe Impulsauflösung gepaart mit einer großen Akzeptanz und einem effektiven Trigger, ist eine notwendige Voraussetzung für das Studium von Dileptonen im SIS Energiebereich 1-2 GeV per Nukleon. Eine Flugzeitwand ermittelt über die Teilchenmultiplizität die Zentralität des Stoßes und hilft mittels der Flugzeit bei der Identifikation von Teilchen, insbesondere der Hadronen. Elektronen werden mit Hilfe spezieller Detektoren (Ringabbildender Cherenkov Detektor und Schauerdetektor) identifiziert. Ein effizientes Triggerkonzept zusammen mit einer innovativen Datenaufnahme ermöglicht, solche Ereignisse, in denen sich Dileptonenkandidaten befinden, schnell zu erkennen und dann zu registrieren, um so in kurzer Zeit eine hinreichende Statistik an Dileptonen zu erhalten. Im Rahmen dieser Forschungsarbeiten war das Ziel der Diplomarbeit, die Untersuchung des Ansprechverhaltens der Driftkammern auf Myonen aus der kosmischen Höhenstrahlung und deren Positionen relativ zur Flugzeitwand zu bestimmen. Da die Myonen aus der kosmischen Höhenstrahlung ähnliche Signale in den Vieldraht-Driftkammern hervorrufen wie die in den Schwerionenreaktionen produzierten minimal ionisierenden Teilchen, war es möglich, unabhängig von Strahlzeiten das Ansprechverhalten der Vieldraht-Driftkammern zu untersuchen. Um dieses zu erforschen, wurde zunächst ein spezieller Trigger aufgebaut, der auf Koinzidenzen von gegenüberliegenden Flugzeitwand-Sektoren beruht. So konnte das Durchqueren eines Myon-Kandidaten durch das Spektrometer registriert, und die Teilchentrajektorie vom Ein- bis zum Austritt aus diesem nachvollzogen werden. Die primären Messgrößen, wie die Driftzeiten, und die Korrelation zwischen den Driftkammern und der Flugzeitwand, wurden untersucht und mit Daten aus dem Strahlzeit-Experiment vom November 2001 C+C bei 1,9 GeV per Nukleon verglichen. Weiterhin wurde nach Entwicklung einer Myonen-Kandidatensuche die Effizienz der Driftkammern analysiert. Dabei stellte sich heraus, dass die Driftkammerebenen des Sektors 1 eine Nachweiswahrscheinlichkeit für kosmische Myonen von über 93% aufzeigen. Eine Optimierung der Methode hinsichtlich der Ortsauflösung und Korrelationen zu anderen Drahtebenen oder Driftkammern anderer Ebenen kann in Zukunft in Angriff genommen werden. Da die Intensität der Myonen gering ist, und sie in den meisten Fällen das Spektrometer auf geraden Bahnen durchqueren, sind Vieldeutigkeiten minimiert. So war es möglich, die Positionen der Driftkammern relativ zur Flugzeitwand mit einer Genauigkeit, die durch die Ortsauflösung der Szintillatoren der Flugzeitwand dominiert ist, zu ermitteln. Im Vergleich zu den Standard-Justierungsparametern ergeben sich Abweichungen von bis zu 37,73 mm für die Relativpositionen der Vieldraht-Driftkammern im Vergleich zur Flugzeitwand mit einer Ungenauigkeit von maximal ±7 mm. Um die für das invariante Massenspektrum der Dileptonen notwendige Massenauflösung zu erreichen, wird empfohlen, die Relativpositionen der Driftkammern zueinander und zum Magnetfeld zu bestimmen. Hierfür muss die exakte Ortsinformation des Durchstoßpunktes des Myons auf die Driftkammer über eine Anpassung der Trajektorie berechnet werden. Daraufhin können die Positionen der Driftkammern relativ zueinander mit einer Genauigkeit von < 100 mm ermittelt werden.
Die Untersuchung der Eigenschaften von Hadronen und ihren Konstituenten (Quarks und Gluonen) in heißer und/oder dichter Kernmaterie ist eines der Hauptziele der Physik mit schweren Ionen. Der Zustand dichter und heißer Materie kann im Labor für kurze Zeit in der Reaktionszone von relativistischen Schwerionenkollisionen geschaffen werden. Einen Einblick über die Eigenschaften der starken Wechselwirkung und über die Massenerzeugung der Hadronen geben Dileptonen-Experimente, da Leptonen nicht von der starken Wechselwirkung beeinflusst werden. Unabhängig von der Strahlenergie zeigen die invarianten Massenspektren der Dileptonen in Schwerionenkollisionen im Vergleich zur Superposition der erwarteten hadronischen Zerfälle im Vakuum einen Überschuss im invarianten Massenbereich 0,2 - 0,6 GeV/c². Während dieser Überschuss bei CERN-SPS Energien in Zusammenhang mit der In-Medium-Modifikation der Spektralfunktion des Rho-Mesons gebracht wird, konnte die hohe Zahl der Dileptonen, die von der DLS Kollaboration in C + C und Ca + Ca bei 1 GeV/u beobachtet wurde, bis zum Erscheinen der HADES Daten nicht zufrieden stellend erklärt werden. Die Diskrepanz zwischen experimentellen Daten und Transportrechnungen erhielt den Namen "DLS Puzzle". In diesem Zusammenhang wurde eine kontroverse Diskussion über die Validität der Ergebnisse der DLS Kollaboration geführt. Das HADES Detektorsystem (High Acceptance Di-Electron Spectrometer), das sich am Schwerionensynchroton der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt befindet, ist zur Zeit das einzige Experiment, das Dielektronen bei Projektilenergien von 1 - 2 GeV/u misst. Es tritt somit die Nachfolge des DLS Experiments an. Jedoch ist HADES durch zahlreiche technische Verbesserungen, u.a. Massenauflösung und Akzeptanz, im Vergleich zum Spektrometer DLS ein Experiment der 2. Generation. Erste Ergebnisse der Messung 12C + 12C bei 2 GeV/u der HADES Kollaboration bestätigen den generellen Trend einer erhöhten Zählrate im Vergleich zu den erwarteten Beiträgen von hadronischen Zerfällen. Es stellt sich die Frage, wie sich diese Beobachtung zu kleineren Strahlenergien hin fortsetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die mit dem HADES Detektorsystem durchgeführte Messung der Dielektronenproduktion in der Schwerionenkollision 12C + 12C bei einer Projektilenergie von 1 GeV/u ausgewertet. Wesentliche Zielsetzungen sind u. a. die Überprüfung der DLS Daten und die Bestimmung der Anregungsfunktion des Überschusses. In der Analyse wird demonstriert, dass Leptonen effizient nachgewiesen werden. Die dargestellte Paaranalyse zeigt, dass der kombinatorische Untergrund erfolgreich reduziert und die Menge der wahren Dielektronen weitgehend erhalten werden kann. Nach Abzug des kombinatorischen Untergrundes werden die effizienzkorrigierten und normierten invarianten Massen-, Transversalimpuls- und Rapiditätsverteilungen der Dielektronen untersucht. Die Ergebnisse werden mit hadronischen Cocktails verschiedener theoretischer Ansätze verglichen. Diese beinhalten die Beiträge kurz- und langlebiger Dileptonenquellen einer thermischen Quelle (PLUTO) sowie mikroskopische Transportrechnungen (HSD,IQMD). Im Massenbereich 0,2 - 0,6 GeV/c² wird der gemessene Überschuss relativ zu den Vorhersagen bestätigt. Zusammen mit den Ergebnissen der Messung 12C + 12C bei 2 GeV/u zeigt sich, dass der Überschuss mit abnehmender Strahlenergie relativ zunimmt. Eine detaillierte Analyse zeigt, dass der Überschuss in dem Massenintervall 0,15 - 0,5 GeV/c² als Funktion der Projektilenergie entsprechend der Zahl der produzierten neutralen Pionen und nicht wie die Zahl des Eta-Mesons skaliert. Der direkte Vergleich der HADES mit den DLS Ergebnissen zeigt, dass die Daten der vorliegenden Arbeit mit den für lange Zeit angezweifelten DLS Resultaten übereinstimmen. Die Frage nach dem physikalischen Ursprung des Überschusses rückt somit erneut in den Vordergrund. In diesem Zusammenhang ist das Studium der Dileptonenproduktion in elementaren Reaktionen p + p und d + p wichtig. Neuere Rechnungen mit einem One Boson Exchange (OBE) Modell deuten darauf hin, dass die Beiträge von p-p und hauptsächlich p-n zur Bremsstrahlung signifikant höher sind als bisher vermutet. Eine aktualisierte Transportrechnung (HSD), deren Parametrisierung der Bremsstrahlung durch dieses OBE Resultat inspiriert ist, scheint in der Lage zu sein, die Ergebnisse der Messungen 12C + 12C bei 1 GeV/u der HADES und DLS Kollaboration recht gut zu beschreiben. Die entsprechenden Vergleiche sind dargestellt und werden diskutiert. Aber auch die Transportrechnung IQMD erklärt die HADES Daten recht gut. Daher ist es offensichtlich, dass eine direkte Gegenüberstellung der OBE Modellrechnungen und der von der HADES Kollaboration gemessenen und derzeit analysierten Daten zur Dileptonenproduktion in p + p und d + p Reaktionen erforderlich ist. Nur so können sichere Schlüsse über den Ursprung der Dileptonen bei SIS Energien gezogen werden.
The first measurement of two-pion Bose–Einstein correlations in central Pb–Pb collisions at √sNN=2.76 TeV at the Large Hadron Collider is presented. We observe a growing trend with energy now not only for the longitudinal and the outward but also for the sideward pion source radius. The pion homogeneity volume and the decoupling time are significantly larger than those measured at RHIC.
Inclusive transverse momentum spectra of primary charged particles in Pb–Pb collisions at √sNN=2.76 TeV have been measured by the ALICE Collaboration at the LHC. The data are presented for central and peripheral collisions, corresponding to 0–5% and 70–80% of the hadronic Pb–Pb cross section. The measured charged particle spectra in |η|<0.8 and 0.3<pT<20 GeV/c are compared to the expectation in pp collisions at the same sNN, scaled by the number of underlying nucleon–nucleon collisions. The comparison is expressed in terms of the nuclear modification factor RAA. The result indicates only weak medium effects (RAA≈0.7) in peripheral collisions. In central collisions, RAA reaches a minimum of about 0.14 at pT=6–7 GeV/c and increases significantly at larger pT. The measured suppression of high-pT particles is stronger than that observed at lower collision energies, indicating that a very dense medium is formed in central Pb–Pb collisions at the LHC.
The inclusive charged particle transverse momentum distribution is measured in proton–proton collisions at s=900 GeV at the LHC using the ALICE detector. The measurement is performed in the central pseudorapidity region (|η|<0.8) over the transverse momentum range 0.15<pT<10 GeV/c. The correlation between transverse momentum and particle multiplicity is also studied. Results are presented for inelastic (INEL) and non-single-diffractive (NSD) events. The average transverse momentum for |η|<0.8 is 〈pT〉INEL=0.483±0.001 (stat.)±0.007 (syst.) GeV/c and 〈pT〉NSD=0.489±0.001 (stat.)±0.007 (syst.) GeV/c, respectively. The data exhibit a slightly larger 〈pT〉 than measurements in wider pseudorapidity intervals. The results are compared to simulations with the Monte Carlo event generators PYTHIA and PHOJET.
We have developed a versatile software package for the simulation of di-electron production in pp and dp collisions at moderate beam kinetic energies (1-2GeV). Particular attention has been paid to incorporate different descriptions of the Dalitz decay Δ rightarrow Ne + e - via a common interface. In addition, suitable parameterizations for the virtual bremsstrahlung process NN rightarrow NNe + e - based on one-boson exchange models have been implemented. Such simulation tools with high flexibility of the framework are important for the interpretation of the di-electron data taken with the HADES spectrometer and demonstrates the wide applicability within the field of nuclear and hadronic physics.
Rapidity and transverse momentum dependence of inclusive J/ψ production in pp collisions at √s=7 TeV
(2011)
The ALICE experiment at the LHC has studied inclusive J/ψ production at central and forward rapidities in pp collisions at √s=7 TeV. In this Letter, we report on the first results obtained detecting the J/ψ through the dilepton decay into e+e− and μ+μ− pairs in the rapidity ranges |y|<0.9 and 2.5<y<4, respectively, and with acceptance down to zero pT. In the dielectron channel the analysis was carried out on a data sample corresponding to an integrated luminosity Lint=5.6 nb−1 and the number of signal events is NJ/ψ=352±32(stat.)±28(syst.); the corresponding figures in the dimuon channel are Lint=15.6 nb−1 and NJ/ψ=1924±77(stat.)±144(syst.). The measured production cross sections are σJ/ψ(|y|<0.9)=10.7±1.0(stat.)±1.6(syst.)−2.3+1.6(syst.pol.)μb and σJ/ψ(2.5<y<4)=6.31±0.25(stat.)±0.76(syst.)−1.96+0.95(syst.pol.)μb. The differential cross sections, in transverse momentum and rapidity, of the J/ψ were also measured.
We present measurements of exclusive ensuremathπ+,0 and η production in pp reactions at 1.25GeV and 2.2GeV beam kinetic energy in hadron and dielectron channels. In the case of π+ and π0 , high-statistics invariant-mass and angular distributions are obtained within the HADES acceptance as well as acceptance-corrected distributions, which are compared to a resonance model. The sensitivity of the data to the yield and production angular distribution of Δ (1232) and higher-lying baryon resonances is shown, and an improved parameterization is proposed. The extracted cross-sections are of special interest in the case of pp → pp η , since controversial data exist at 2.0GeV; we find \ensuremathσ=0.142±0.022 mb. Using the dielectron channels, the π0 and η Dalitz decay signals are reconstructed with yields fully consistent with the hadronic channels. The electron invariant masses and acceptance-corrected helicity angle distributions are found in good agreement with model predictions.
The pT-differential inclusive production cross section of the prompt charm-strange meson Ds+ in the rapidity range |y|<0.5 was measured in proton–proton collisions at s=7 TeV at the LHC using the ALICE detector. The analysis was performed on a data sample of 2.98×108 events collected with a minimum-bias trigger. The corresponding integrated luminosity is Lint=4.8 nb−1. Reconstructing the decay Ds+→ϕπ+, with ϕ→K−K+, and its charge conjugate, about 480 Ds± mesons were counted, after selection cuts, in the transverse momentum range 2<pT<12 GeV/c. The results are compared with predictions from models based on perturbative QCD. The ratios of the cross sections of four D meson species (namely D0, D+, D⁎+ and Ds+) were determined both as a function of pT and integrated over pT after extrapolating to full pT range, together with the strangeness suppression factor in charm fragmentation. The obtained values are found to be compatible within uncertainties with those measured by other experiments in e+e−, ep and pp interactions at various centre-of-mass energies.
The ALICE Collaboration has measured inclusive J/ψ production in pp collisions at a center-of-mass energy √s=2.76 TeV at the LHC. The results presented in this Letter refer to the rapidity ranges |y|<0.9 and 2.5<y<4 and have been obtained by measuring the electron and muon pair decay channels, respectively. The integrated luminosities for the two channels are Linte=1.1 nb−1 and Lintμ=19.9 nb−1, and the corresponding signal statistics are NJ/ψe+e−=59±14 and NJ/ψμ+μ−=1364±53. We present dσJ/ψ/dy for the two rapidity regions under study and, for the forward-y range, d2σJ/ψ/dydpt in the transverse momentum domain 0<pt<8 GeV/c. The results are compared with previously published results at s=7 TeV and with theoretical calculations.