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Dielectron Production in Heavy Ion Collisions at 158 GeV/c per Nucleon

Busch, Oliver :
Dielectron Production in Heavy Ion Collisions at 158 GeV/c per Nucleon.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Dielectron Production in Heavy Ion Collisions at 158 GeV/c per Nucleon
Language: English
Abstract:

In this thesis we study dilepton production in Pb-Au collisions at 158 GeV/c per nucleon measured with the Cherenkov Ring Electron Spectrometer (CERES) at the Super Proton Synchrotron (SPS) at CERN. The data taken in the year 2000 represent the first CERES runs with the fully operational Time Projection Chamber (TPC). The upgrade of the spectrometer with this powerful tracking device allows to realize a new approach for particle identification with the Ring Imaging Cherenkov (RICH) detector. We present the development and optimization of track-based ring reconstruction methods which allow to identify both electrons and pions at momenta above the Cherenkov threshold. To compare the performance of different methods, the reconstruction is applied to the CERES data. This allows to determine experimentally, for the first time, the CERES RICH efficiency and background rejection power. The new particle identification is used for low-mass dielectron reconstruction. Significant improvements in the simulation of the detector allow to evaluate the electron pair reconstruction efficiency with high accuracy and to study the origin of electron pair combinatorial background. The results motivate an extension of the TPC tracking, to improve the reconstruction efficiency for low-momentum tracks, and allow better identification of electron background. Our results corroborate the previous CERES findings of an enhancement of electron pairs over the hadronic cocktail in the invariant mass region m > 0.2 GeV. Comparison to previous analyses of the same data shows good consistency and supports our estimate of the systematic uncertainties of the electron analysis. Our results supply evidence for a modification of the spectral function of the rho meson in the hot and dense medium and strongly support baryon-induced interactions at the origin of the effect. Furthermore, we present in this work the first direct measurements of transition radiation (TR) spectra in irregular radiators, carried out with prototypes of the ALICE (A Large Ion Collider Experiment) transition radiation detector (TRD). The measurements are confronted with calculations for regular radiators. The TR yield and the shape of the spectral distributions for different electron momenta are well described by the simulations.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Thema der vorliegenden Arbeit ist die Produktion von Dileptonen in Pb-Au Kollisionen bei 158 GeV/c pro Nukleon, gemessen mit dem Cherenkov Ring Electron Spectrometer (CERES) Experiment am Super Proton Synchrotron (SPS) am CERN. Im Jahr 2000 verfuegte das Experiment erstmals ueber eine voll funktionsfaehige Time Projection Chamber (TPC). Die exzellente Spurrekonstruktion der TPC eroeffnet neue Moeglichkeiten der Teilchenidentifikation mit dem CERES Ring Imaging Cherenkov (RICH) Detektor. Die Arbeit beschreibt Entwicklung und Optimierung spurbasierter Ringrekonstruktionsmethoden zur Identifikation von Elektronen sowie Pionen mit Impulsen ueber der Cherenkovschwelle. Verschiedene Ansaetze werden anhand der CERES Daten verglichen. Dies gestattet zum ersten Mal die CERES RICH Effizienz und Unterdrueckung des Untergrunds experimentell zu bestimmen. Wir nutzen die neu entwickelten Methoden der Teilchenidentifikation zur Rekonstruktion von Elektronenpaaren bei kleinen invarianten Massen. Wir konnten die Beschreibung des Detektors im Rahmen von Monte-Carlo-Simulationen erheblich verbessern. Die Simulationen erlauben nicht nur eine praezise Beschreibung der Rekonstruktionseffizienz sondern auch die Analyse des kombinatorischen Untergrunds. Motiviert durch das bessere Verstaendnis des Untergrunds wurde die TPC Spurrekonstruktion erweitert, um bessere Spureffizienz bei kleinen Impulsen und Unterdrueckung von Elektronen aus physikalisch trivialen Quellen zu erzielen. Unsere Ergebnisse bestaetigen die frueheren Beobachtungen durch CERES, wonach im Bereich invarianter Massen m > 0.2 GeV ein starker Ueberschuss an Elektronenpaaren relativ zum hadronischen Cocktail vorliegt. Unsere Resultate sind konsistent mit den Ergebnissen frueherer Analysen der gleichen Daten. Der Vergleich bestaetigt unsere Abschaetzung der systematischen Unsicherheiten der Elektronenanalyse. Wir beobachten eine ausgepraegte Modifikation der spektralen Funktion des rho Mesons im heissen, dichten Medium, und unsere Ergebnisse weisen deutlich auf baryonische Wechselwirkungen als Ursprung des Effekts hin. Weiterhin praesentieren wir in dieser Arbeit die erste direkte Messung von Uebergangsstrahlungsspektren in irregulaeren Radiatoren, durchgefuehrt mit Prototypen des ALICE (A Large Ion Collider Experiment) Transition Radiation Detectors (TRD). Der Vergleich der Messungen mit Berechnungen fuer regulaere Radiatoren zeigt fuer verschiedene Elektronenimpulse gute Uebereinstimmung, sowohl hinsichtlich der abgestrahlten Gesamtenergie als auch in den spektralen Verteilungen.German
Uncontrolled Keywords: Heavy Ions Dielectron Production Low Mass Dileptons RICH Transition Radiation CERES ALICE
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Heavy Ions Dielectron Production Low Mass Dileptons RICH Transition Radiation CERES ALICEEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:33
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-11448
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Braun-Munzinger, Prof. Dr. Peter and Wambach, Prof. Dr. Jochen
Refereed: 3 December 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1144
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