Elliptischer Fluß von Protonen und leichten Kernen in Au+Au-Reaktionen bei Strahlenergien zwischen 400 und 1490 AMeV

Schwerionenkollisionen erzeugen komprimierte heiße Kernmaterie im Labor, was eine detaillierte Untersuchung von Kernmaterie unter extremen Bedingungen erlaubt. Die Eigenschaften von Kernmaterie sind dabei nicht nur für das Verständnis der Kerne selbst, sondern auch für das Verständnis von Neutronensternen und Supernovaexplosionen relevant. Aus den bei der Reaktion emittierten Teilchen und Photonen lassen sich Rückschlüsse auf die in der Reaktion erreichten Bedingungen ziehen. In Reaktionen im Mittel- und Hochenergiebereich (Strahlenergie mehr als 100 AMeV) werden kollektive Flußeffekte sowie die Produktion von Teilchen beobachtet. Modellrechnungen mit theoretischen Modellen zeigen einen Zusammenhang zwischen dem Kompressionsanteil der Kernzustandsgleichung (Equation of State, EoS) und diesen Observablen. In der vorliegenden Arbeit wurde der elliptische Fluß von Protonen und leichten Kernen aus Au+Au-Reaktionen bei Strahlenergien zwischen 400 und 1490 AMeV untersucht. Bei diesen Energien beschreibt der elliptische Fluß eine bevorzugte Emission von Teilchen senkrecht zur Reaktionsebene. Die Daten wurden mit dem FOPI-Detektor der GSI aufgezeichnet, der eine Teilchenidentifikation für geladene Teilchen bis z=2 ermöglicht und fast den gesamten Raumwinkel (4 Pi) abdeckt. Dies erlaubt eine Rekonstruktion des gesamten Ereignisses. Die Arbeit enthält eine Beschreibung des Aufbaus, seiner Kalibration sowie der Auswertung der Daten, wobei die zur Bestimmung des elliptischen Flusses notwendigen Methoden und Korrekturverfahren im Detail beschrieben werden. Außerdem werden die experimentellen Daten mit Rechnungen aus verschiedenen Transportmodellen verglichen. Um die beobachtete Größe des elliptischen Flusses wiedergeben zu können, benötigen die Modellrechnungen ein mittleres Feld der Nukleonen mit impulsabhängiger Wechselwirkung. Dies ergibt sich ebenfalls aus der beobachteten Abhängigkeit von der Zentralität der Reaktion. Ein Vergleich des elliptischen Flusses der Protonen mit den Modellrechungen deutet auf eine kleine (210 MeV, weiche Zustandsgleichung) bis mittlere (300 MeV) Inkompressibilität hin. Dennoch kann der grössere elliptische Fluß, der sich bei der Hinzunahme der leichten Kerne ergibt, von den derzeitigen Modellrechungen, welche den Fluß der Protonen richtig beschreiben nicht reproduziert werden.

Heavy ion collisions create highly compressed hot nuclear matter in the laboratory allowing a detailed study of nuclear matter under extreme conditions. The properties of nuclear matter are not only of interest for the understanding of nuclei but have also implications on the understanding of neutron-stars and supernova explosions. The particles and photons emitted in the collision reveal information on the conditions reached. In medium and high-energy collisions (beam energy greater than 100 AMeV) collective flow effects and the production of particles are observed. Calculations with theoretical models relate both observables to the compression part of the nuclear equation of state (EoS). For this thesis the elliptic flow of protons and light nuclei in Au+Au-collisions with beam energies between 400 and 1490 AMeV is analyzed. In this energie regime the elliptic flow discribes a prefered emission of particles perpendicular to the reactionplane. The analyzed data were recorded with the FOPI-detector of the GSI. This setup has the capability of particle identification up to z=2 and covers nearly the full solid angle (4 Pi) for charged particles allowing the reconstruction of the full event. The thesis contains a description of the setup, its calibration and the analysis. The methods and corrections needed for the extraction of the elliptic flow are discussed in detail. The experimental data are compared to calculations with different transport models. To describe the magnitude of the measured elliptic flow a nuclear mean field with momentum dependence is needed. This is also confirmed by the observed dependence on the centrality of the reaction. The comparison of the elliptic flow of the protons favours a small (210 MeV, soft Eos) to medium (300 MeV) incompressibility constant. However, the enhanced flow that is observed taking into account the emitted light nuclei is not reproduced by the present models if the EoS that reproduces the proton flow is used.