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Rekonstruktion des Endzustandes des Feuerballs in Ultrarelativistischen Schwerionenstößen

Dissertation von Boris Tomásik (Zusammenfassung)

Betreuer: Prof. Dr. Ulrich Heinz
Eingereicht: 24. Februar 1999
Kolloquium: 4. Mai 1999

Experimente mit ultrarelativistischen Schwerionenstößen werden mit der Absicht durchgeführt, im Labor ein aus quasi-freien Quarks bestehendes System zu erzeugen und zu untersuchen: das Quark-Gluon Plasma. Leider, sogar wenn das Plasma produziert wird, kühlt das System ab und hadronisiert eher als es ganz auseinanderzerfällt (diesen letzten Zeitpunkt der Feuerballevolution nennt man das Ausfrieren). Wenn aber die Größe und die Dynamik des Feuerballs beim Ausfrieren kennt, so hat man eine Grenzbedingung für eine Rückextrapolation bei der man untersucht, ob die in früheren Phasen der Feuerballentwicklung herrschenden Bedingungen ausreichend für eine Existenz des Plasmas waren. Das Rekonstruieren dieses Endzustandes war der Gegenstand dieser Arbeit.

Das wichtigste hier benutzte Werkzeug ist die Bose-Einstein (Intensitäts-) Interferometrie. Deshalb wird am Anfang die Theorie der interferometrischen Messung der Quellgrössen und einigen dynamischen Eigenschaften mittels verschiedenen Parametrisierungen der Korrelationsfunktion detailiert ausgearbeitet.

Dann wird der Formalismus in Ausrechnungen der aus verschiedenen Modellen resultierenden BE Korrelationen angewandt. Als erstes wird das sogenannte Random-Walk-Modell genommen, der die Kollision als eine Überlagerung von einzelnen Nukleon-Nukleon Wechselwirkungen darstellt. Es erweißt sich als unfähig die in den CERN SPS Kollisionssystemen beobachtete starke transversale Expansion zu reproduzieren. Danach wird ein hydrodynamisch motiviertes Modell unter die Lupe genommen, das durch eine Parametrisierung der Teilchenemission beim Ausfrieren repräsentiert ist. Die wichtigsten Annahmen sind ein lokales thermisches Gleichgewicht sowie eine boost-invariante longitudinale und einstellbare transversale Expansion. Verschiedene Eigenschaften des Modells werden untersucht um das Verständniss seines Verhaltens beim Variieren seiner Parameter zu gewinnen.

Der Höhepunkt der Arbeit ist eine Rekonstruktion des Ausfrierzustandes einer zentralen Pb+Pb Kollision bei 158 AGeV/c. Dies wird durch gleichzeitige Analyse des Einteilchenspektrums und Bose-Einstein Korrelationen erreicht. Als wichtigste Resultate werden eine niedrige Ausfriertemperatur von etwa 100 MeV und eine sehr starke transversale Expansion mit mittlerer Expansionsgeschwindigkeit ca. 0.55c gefunden. Bemerkenswert ist, dass diese Geschwindigkeit eine Konsequenz der kollektiven Dynamik des Systems ist - sie fehlt in dem Anfangszustand. Weiterhin, die Daten bevorzugen einen Kastenprofil für die transversale Dichteverteilung vor einem Gaußschen Profil, da der erste in Kombination mit dem benutzten Flußprofil die Korrelationsradien als Funktionen der transversalen Masse besser reproduziert. Bei der niedrigen Ausfriertemperatur ist die Pionenmultiplizität untergeschätzt wenn ein chemisches Gleichgewicht mit verschwindendem chemischem Potential vorausgesetzt wird. Dies deutet an ein früher bei höherer Temperatur passiertes chemisches Ausfrieren, nach dem die Teilchenzahlen festgehalten werden und die chemische Potentiale sich entwickeln müssen, da das System abkühlt.

In dem letzten Kapitel wird eine schon früher von G. Bertsch vorgeschlagene Analyse der Phasenraumdichte der emittierten Teilchen detailiert ausgearbeitet. In einer Anwendung an die untersuchten Daten wird das chemische Potential der direkten Pionen beim (thermischen) Ausfrieren von etwa 60 MeV extrahiert.


Vollständiger Text der Dissertation: PS file.
Boris Tomasik
Last modified: Tue Jul 13 14:13:50 MET DST 1999