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Produktion von Seltsamkeit in Ar+KCl Reaktionen bei 1.756 AGeV mit HADES

Schmah, Alexander :
Produktion von Seltsamkeit in Ar+KCl Reaktionen bei 1.756 AGeV mit HADES.
Technische Universitaet Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Produktion von Seltsamkeit in Ar+KCl Reaktionen bei 1.756 AGeV mit HADES
Language: German
Abstract:

Das HADES-Spektrometer an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) wurde ursprünglich entwickelt, um die seltenen Zerfälle der Vektormesonen ρ, ω und φ in e+e−-Paare bei Strahlenergien von 1-2 AGeV zu messen. Mehrere Experimente mit den leichten Stoßsystemen p+p, d+p und C+C wurden zu diesem Zweck bisher erfolgreich durchgeführt und deren Ergebnisse teilweise veröffentlicht. Um die vorausgesagten Mediumeffekte bezüglich der Modifikation von Masse und Breite der Vektormesonen zu untersuchen, sind jedoch schwere Stoßsysteme notwendig, bei deren Schwerionenkollision eine Hochdichtephase entsteht. Mit Ar+KCl bei 1.756 AGeV wurde im September/Oktober 2005 das erste dieser schwereren Stoßsysteme mit HADES untersucht. Das Spektrometer besitzt neben seiner Spezialisierung auf die e+e−-Identifikation jedoch auch die Möglichkeit Hadronen zu messen. Dies wurde bereits in mehreren Analysen der leichten Stoßsysteme prinzipiell aufgezeigt. Mit ca. 850 Millionen gemessenen semi-zentralen Reaktionen im Stoßsystem Ar+KCl bot sich die Möglichkeit für eine der umfangreichsten Hadronenanalysen bei SIS Energien, welche in dieser Arbeit vorgestellt wird. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Produktion von Teilchen mit strangeness-Inhalt, welche bei der verwendeten Strahlenergie überwiegend unterhalb oder knapp über der Nukleon-Nukleon Schwelle erzeugt werden. Um die für die Analyse erforderliche Impuls- und Vertexauflösung zu erreichen, muss zunächst die präzise Kenntnis der Detektorpositionen vorliegen. Die in dieser Arbeit beschriebene sogenannte alignment-Prozedur hat sich in dieser Hinsicht zur Standardmethode für das Spektrometer entwickelt. Sie umfasst neben einer neu eingeführten photogrammetrischen Vermessung mehrere Stufen, in denen unter anderem Teilchen aus der kosmischen Höhenstrahlung (cosmics) und Teilchenspuren aus speziellen Messungen ohne Magnetfeld Verwendung finden. Mit der Methode wird die Zielvorgabe von Abweichungen in der Positionsbestimmung unter 100μm für die zentralen Spurverfolgungsdetektoren erreicht. Ferner wurde erstmals die Position von allen HADES Detektoren relativ zueinander und zum Magnetfeld bestimmt. Eine wesentliche und sogleich notwendige Weiterentwicklung der Teilchenidentifikation für Hadronen basiert auf dem Energieverlust der Teilchen in den Vieldrahtdriftkammern (MDC). Diese Spurverfolgungsdetektoren wurden ursprünglich nicht für Messungen dieser Art konzipiert, was die Auflösung der Einzelmessungen stark beschränkt. Mehrere Kalibrierungsprozeduren sind notwendig um für jede Teilchenspur einen kombinierten und auf Bethe-Bloch normierten Energieverlustwert zu erhalten. Die resultierende Auflösung ist ausreichend, um Pionen und Protonen zu separieren sowie den Untergrund bei den geladenen Kaonen stark zu reduzieren. Mit den beschriebenen Verbesserungen ist es möglich geladene Pionen und Kaonen sowie Protonen im Akzeptanzbereich des Spektrometers mit hoher Effizienz zu identifizieren. Darüber hinaus lassen sich durch eine Korrelationsanalyse unter Verwendung der invarianten Masse die Teilchenzerfälle Λ → p π-, K0S → π+ π- und φ → K+K− rekonstruieren. Zur Untergrundreduktion im Bereich der Signale werden geometrische Schnitte auf die Zerfalls- und Produktionsvertices angewendet. Der restliche kombinatorische Untergrund wird mit dem neu eingeführten mixed-event Verfahren präzise angepasst und subtrahiert. Das Signal zu Untergrund Verhältnis im invarianten Massenspektrum der Λ-Hyperonen beträgt mit den gewählten Schnittkombinationen 0.3 bei einer Gesamtzählrate von 145.000 identifizierten Λ-Hyperonen. Die mehr als 50.000 K0S-Mesonen können mit einem Signal zu Untergrundverhältnis von besser als 1 rekonstruiert werden. Das Teilchenverhältnis von Λ zu K0S passt gut in die Systematik vorrangeganger Experimente. Die Korrekturen von Detektorakzeptanz und Detektoreffizienz, Schnitteffizienz sowie der Spurrekonstruktionseffizienz erfolgen unter Verwendung der Simulationspakete PLUTO, UrQMD und GEANT. Aus den korrigierten transversalen Massenspektren der zuvor aufgeführten Teilchensorten werden Rapiditäsverteilungen und schlußendlich Teilchenmultiplizitäten in den vollen Phasenraum extrapoliert. Auf Grund der fast vollständigen Bestimmung aller relevanten Teilchenmultiplizitäten mit strangeness-Inhalt lassen sich, unter Berücksichtigung der Seltsamkeitserhaltung bei der starken Wechselwirkung, Rückschlüsse auf den nicht beobachteten Anteil, welcher auf die geladenen Σ-Hyperonen entfällt, ziehen. Innerhalb der Fehler liegt der Anteil von Σ(±,0)-Hyperonen bei mindestens 12% der Λ Multiplizität. Dies ist der erste indirekte Nachweis von Σ-Hyperonen unterhalb der NN-Schwelle. Der Nachweis des φ-Vektormesons weit unterhalb der NN-Produktionsschwelle im Zerfallskanal φ → K+K− übertrifft mit einer Zählrate von 168 ± 18 die einzige bisher veröffentlichte Messung diesbezüglich um mehr als einen Faktor 7. Ein Novum ist die aus den Daten extrahierte effektive Temperatur der φ-Mesonen von Teff = 80 ± 9 + 2 − 3 MeV. Das ermittelte φ/K− Verhältnis beträgt 0.59+0.30−0.29 und ist damit wesentlich größer als bei ultra-relativistischen Energien. Die Erhöhung des φ/K− Verhältnis kann qualitativ durch Transportmodellrechnungen beschrieben werden. Die große Menge an rekonstruierten Teilchen ermöglicht die Bildung von mehreren unabhängigen Teilchenverhältnissen, welche mit einem statistischem Modell verglichen wurden. Dies erlaubt die Extraktion der gemeinsamen Ausfrierparameter T und μB, welche in guter Übereinstimmung mit bisherigen Ergebnissen stehen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The HADES spectrometer, located at the heavy ion research facility GSI, was originally developed for measuring the rare decays of the vectormesons ρ, ω and φ into e+e−-pairs at beam energies between 1 and 2 AGeV. For this purpose some experiments with the light colliding systems p+p, d+p and C+C are already accomplished and some of the results are published. To investigate the predicted in-medium modifications concerning mass and width of the vectormesons one has to study heavier colliding systems in which a dense phase is created. In september/october 2005 the first of these heavier systems was investigated with the HADES spectrometer by using an Ar projectile and a KCl target at a bombarding energy of 1.756 AGeV. In addition to the specialization of the spectrometer for e+e−-identification it is possible to measure hadrons. This was in principle already shown in some analyses of the lighter colliding systems. With 850 million semi-central reactions in the colliding system Ar+KCl the opportunity was given for one of the most extensive hadron analyses in the SIS energy regime. The results of these analyses are presented in this thesis. The main focal point is the production of particles with strangeness content. Most of them are produced below or a little bit above the nucleon-nucleon threshold at the used beam kinetic energy. In order to reach the required momentum and vertex resolution one has to know the exact positions of all detectors. The so called alignment procedure, which is described in this thesis, is now used as the standard procedure for the HADES detectors. The procedure comprises besides a newly introduced method for photogrammetric measurements some steps which make use of cosmic rays and particle tracks which were measured in special no magnetic field runs. The method achieves the specification of deviations below 100μm for the central tracking detectors. Furthermore for the first time the positions of all HADES detectors are aligned together and relative to the magnetic field. An essential and necessary development for particle identification for hadrons is based on the energy loss of particles in the multi-wire driftchambers (MDC). These tracking detectors were originally not designed for such measurements. This fact is a strong limitation of the resolution of one single measurement. Several calibration procedures are required in order to get a combined and to Bethe-Bloch normalized energy loss value for each particle track. The resulting resolution is enough to distinguish between pions and protons and to reduce the background of charged kaons. With the described improvements it is possible to identify with a high efficiency charged pions and kaons as well as protons in the acceptance of the spectrometer. Beyond this one is able to reconstruct the decays of Λ → p π-, K0S → π+ π- and φ → K+K− by using the invariant mass method. For background reduction in the signal region geometrical cuts on the decay and production vertices are used. The remaining combinatorial background is described and later on subtracted by the using the newly introduced mixed-event technique. The signal to background ratio in the invariant mass spectrum of the Λ-hyperons is 0.3 with the used cuts at a total amount of counted Λs of 145.000. The more than 50.000 K0S-mesons were reconstructed with a signal to background ratio of better than 1. The particle ratios of Λ and K0S are comparable to those of other experiments. The corrections of acceptance, detector-, cut- and reconstruction efficiency is done using the simulation packages PLUTO, UrQMD and GEANT. With the corrected transverse mass spectra rapidity distributions and particle multiplicities are calculated. Due to the nearly full sample of reconstructed particles carrying strangeness, one can conclude to the missing part, which is connected to the charged Σ-hyperons. Within the error bars the fraction of Σ(±,0) is at least 12 % of the multipliciy. This result guarantees the production of Σ-hyperons below the NN-threshold, which was never shown before. The detection of the φ-vector meson far below the nucleon-nucleon production threshold in the decaychannel φ → K+K− exceeds with 168 ± 18 the only up to now published data by more than a factor 7. The extracted effective temperature of Teff = 80 ± 9 + 2 − 3 MeV is a brand-new result. The determined φ/K− ratio is 0.59 + 0.30 − 0.29 and therefore much higher compared to ultra-relativistic energies. The increase of the φ/K− ratio can be qualitatively explained by transport-model calculations. The large amount of reconstructed particles can be used to calculate particle ratios which are compared to predictions based on a statistical model. One can extract the common freeze-out parameters T and μB which are in good agreement with other results.English
Uncontrolled Keywords: Schwerionenreaktionen, Hadronen, HADES, Alignment, Energieverlust, Lamda-Hyperonen, Kaonen, K0, phi-Mesonen, Pionen, Protonen, SIS, Gesellschaft für Schwerionenforschung GSI
Alternative keywords:
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Schwerionenreaktionen, Hadronen, HADES, Alignment, Energieverlust, Lamda-Hyperonen, Kaonen, K0, phi-Mesonen, Pionen, Protonen, SIS, Gesellschaft für Schwerionenforschung GSIGerman
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9922
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Braun-Munzinger, Prof. Dr. Peter and Pietralla, Prof. Dr. Norbert
Refereed: 7 May 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/992
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