WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |
ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

УДК 539.172.12+539.172.17 БААТАР Батгэрэл Образование заряженных и мезонов, протонов и антипротонов во взаимодействиях p+p, p+Pb и Pb+Pb при энергии 158 ГэВ на нуклон Специальность: 01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 2009

Работа выполнена в Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований.

Научный консультант:

доктор физико-математических наук Георгий Левонович МЕЛКУМОВ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Юрий Анатольевич профессор ПАНЕБРАТЦЕВ доктор физико-математических наук Лариса Александровна ТИХОНОВА Ведущее научно-исследовательское учреждение:

Институт ядерных исследований РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится "......."....................... 2009 года в "......." часов на заседании диссертационного совета Д-720.001.02 в Лаборатории физики высоких энергии Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна, Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛФВЭ ОИЯИ.

Автореферат разослан "......."....................... 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета В.А. Арефьев кандидат физ.-мат. наук

Общая характеристика работы

Актуальность темы Столкновение релятивистских тяжелых ионов представляет уникальную возможность для создания и изучения в лабораторных условиях предельно разогретой и плотной ядерной материи. В таком состоянии вещество кардинально меняет свои свойства по сравнению обычным ядерным веществом. Так, теория сильных взаимодействий квантовая хромодинамика (КХД) предсказывает, что при больших плотностях энергии может произойти переход от обычного состояния материи к новому состоянию, так называемой кварк-глюонной плазме (КГП), которая характеризуется как система, состоящая из квазисвободных кварков.

Эксперимент NA49 был спроектирован и создан для исследования рождения адронов во взаимодействиях Pb+Pb в пучках ускорителя SPS в ЦЕРН. Большой аксептанс установки для регистрации треков с высоким импульсным разрешением в больших времяпроекционных камерах TPC и способностью к надежной идентификации частиц посредством измерения ионизационных потерь / и времяпролетных измерений TOF позволили впоследствии существенно расширить программу исследований, дополнив ее экспериментами в нуклон-нуклонным и нуклон-ядерным столкновениях для изучения механизма образования частиц в относительно элементарных взаимодействиях p+p и p+Pb по сравнению со сложными процессами в столкновениях ядер Pb+Pb.

Настоящая работа посвящена, главным образом, определению спектров ± ± заряженных адронов,, и по поперечному импульсу (поперечной массе) частиц и анализу их характеристик (параметров). Это обусловлено тем что, что поперечные эффекты являются чистым проявлением динамики реакций, так как большая часть продольных импульсов рожденных частиц обусловлена внутренним движением сталкивающихся объектов, в то время как поперечные импульсы генерируются в самих столкновениях.

Особое внимание уделено систематике параметров наклона поперечных спектров, которые являются главным инструментом в исследовании динамики взаимодействий и, в частности, изучении коллективных потоков в ядроядерных столкновениях. Основной интерес представляет анализ эволюции поперечных спектров частиц для различных сталкивающихся систем.

Кроме того, поперечные спектры барионов и и выходы (множественности) этих частиц во взаимодействиях Pb+Pb при энергии 158 ГэВ измерены в широкой области центральности в столкновении ядер от периферических до самых центральных. Основные вопросы в анализе этих данных связаны с эффектами изменения барионной плотности (стоппинга), зависящей от степени центральности столкновения, а также аннигиляции антипротонов.

Процесс стоппинга оказывает прямое влияние на основные процессы динамики столкновений, такие как установление равновесного состояния партонов на начальной стадии реакции, рождения частиц, достижения затем термального и химического равновесия и возникновения коллективного расширения в системе. Экспериментально информация о стоппинге может быть получена из измерения отношения выхода (множественности) частиц /. Между тем, при большой плотности, образующейся при столкновении релятивистских ядер, существенная доля рожденных антибарионов может аннигилировать из-за большого сечения этого процесса прежде чем покинуть зону столкновения. Так, детальное изучение рождения антибарионов было предложено в качестве метода измерения барионной плотности при столкновений ядер. Последнее имеет прямое отношение к вопросу о переносе барионного заряда, степени прозрачности при столкновений релятивистских ядер, или иначе, стоппинга (торможения), который происходит, главным образом, на ранней стадии ядерных столкновений.

Цель работы Целью работы являлось измерение и анализ спектров заряженных частиц ± ±,, и в p+p, p+Pb и центральных Pb+Pb взаимодействиях при энергии 158 ГэВ на нуклон. Одной из основных задач являлся анализ спектров заряженных протонов и антипротонов, рожденных в широкой области центральности Pb+Pb столкновений при энергии 158 ГэВ.

Научная новизна работы • Осуществлена калибровка времяпролетных измерений в экспериментах NA49 в пучках ускорителя SPS в ЦЕРН, позволившая провести ± ± надежную идентификацию заряженных частиц,, и в широком интервале импульсов (2

± ± • Получены и проанализированы спектры частиц,, и по поперечному импульсу (поперечной массе) во взаимодействиях p+p, p+Pb и центральных столкновениях Pb+Pb, а также спектры и в широком интервале по центральности в столкновениях ядер Pb+Pb при энергии 158 ГэВ на нуклон. Определены основные характеристики - значения параметров наклона спектров частиц и выходы частиц (множественности) / в области центральной быстроты ( = 2.9), которые были использованы для получения физических результатов в работе.

• Исследована систематика параметров наклона спектров в широкой области масс частиц, рожденных во взаимодействиях p+p, p+Pb и Pb+Pb с целью изучения коллективных радиальных потоков, возникающий при столкновении релятивистских ядер.

• Исследована зависимость выходов частиц и и отношение / в зависимости от степени центральности в столкновении ядер Pb+Pb при энергии 158 ГэВ на нуклон для изучения стоппинга (торможения) барионов и аннигиляции антипротонов в плотной ядерной среде.

Научно-практическая значимость работы Результаты, полученные при анализе заряженных адронов, рожденных в пучках протонов и ядер, важны для изучения динамики ядерных взаимодействий при высоких энергиях, физики многочастичных состояний сильновзаимодействующих частиц, лежащих в основе современных теоретических моделях генерации частиц в релятивистских ядерных столкновениях.

Процедуры коррекции времяпролетной информации могут быть взяты за основу при калибровке измерений в экспериментах, использующих сцинтилляционные детекторы различного типа. Методика идентификации частиц, реконструкции и анализа спектров частиц может быть адаптирована для обработки и анализа данных в других экспериментах.

Экспериментальные данные - значения параметров наклона и множествен± ± ностей,, и во взаимодействиях p+p, p+Pb и Pb+Pb при энергии 158 ГэВ на нуклон, а также других величин, полученных из анализа спектров могут найти применение при планировании измерений на ускорителях частиц и ядер.

Автор защищает 1. Результаты работы по калибровке времяпролетных измерений в многоканальном детекторе в составе установки NA49 на ускорителе SPS в ЦЕРН и идентификации заряженных адронов используя данные о времени пролета и ионизационных потерях частиц, измеренных, соответственно, в детекторах TOF и TPC.

± ± 2. Результаты измерения и анализа спектров заряженных адронов,, и во взаимодействиях p+p, p+Pb и Pb+Pb, а также спектров и, полученных в широкой области центральности в столкновениях ядер Pb+Pb при энергии пучка 158 ГэВ:

• выходы частиц /, параметры наклона и средние значения поперечных масс частиц < >.

• зависимость параметров наклона спектров от массы частиц.

• зависимость выходов / для и и отношения / от числа нуклонов, участвующих во взаимодействии при столкновении ядер.

3. Результаты анализа основных характеристик поперечных спектров и выходов (множественности) частиц, относящиеся к изучению коллективных потоков, стоппинга барионов и аннигиляции антипротонов, которые возникают в плотной ядерной среде, образующейся в центральных столкновениях тяжелых ядер при релятивистских энергиях.

Апробация работы и публикации Результаты, лежащие в основе диссертации, были доложены на совещаниях коллаборации NA49, семинарах по релятивистской ядерной физике и международных конференциях: ”Кварковая материя” Нант, Франция (2002) и Будапешт, Венгрия (2005), ”Многочастичная динамика” Крым, Украина (2002), ”Странная кварковая материя” Атлантик Бич, США (2003) и Кейптаун, ЮАР (2004), ”Ядро-ядерные столкновения” Москва, Россия (2003).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-7].

Объем и структура работы Диссертационная работа изложена на 90 страницах, состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 23 рисунка, 6 таблиц и список цитируемой литературы из 92 наименований.

Содержание диссертации Во введении обоснована актуальность диссертации, а также сформулирована цель работы и приведено краткое содержание диссертации по главам.

В главе 1 приводится краткое описание экспериментальной установки NA49 и ее основных элементов, обеспечивших проведение экспериментов в условиях большого аксептанса, измерения треков частиц с высоким импульсным разрешением и надежной идентификацией частиц.

Схема установки NA49 представлена на рис. 1. Система мониторирования пучка и триггера включает в себя сцинтилляционные счетчики S1, V0, S2, S4 и газовые черенковские детекторы S2’, S3. Счетчик S1 находится на расстоянии 27 м перед мишенью и представляет собой кварцевую пластину толщиной 200 мкм. Сигнал от которого используется в схеме триггера и служит также стартовым сигналом для времяпролетной системы. При работе с протонным пучком сигнал от черенковского излучения мал, поэтому кварцевая пластина заменяется на сцинтиллятор толщиной 5 мм. Для отбраковки ”галло” пучка используется счетчик V0, который представляет собой сцинтиллятор толщиной 5 мм с круглым отверстием диаметром 1 см, который включен на антисовпадение в схеме формирования триггера. Счетчик S2 предназначен для работы в пучках протонов, а на пучках свинца используется система из двух газовых черенковских счетчиков S2’ и S3, светоотражающие зеркала которых 13 m TOF-GL MTPC-L VERTEX MAGNETS VTX-1 VTX-BPD-TOF-TL X SVTPC-1 VTPC-TOF-TR RCAL COLL VCAL PESTOF-R MTPC-R BPD-2 BPD-PESTOF-L T a) TOF-GR V0 S2' SBPD-2 BPD-3 BPD-2 BPD-3 CD T b) c) S2 V0 LH2 S4 S2 V0 SI Рис 1. Схема установки NA49. Показаны детекторы пучка, сверхпроводящие магниты с времяпроекционными камерами в магнитах VTPC-1 и VTPC-2 и вне магнита MTPC-L и MTPC-R, времяпролетные детекторы TOF и калориметры RCAL и VCAL. Указаны состав пучковых камер, счетчиков и мишеней, используемых в экспериментах в реакциях Pb+Pb(a), p+p(b) и p+Pb(c).

помещены в общий объем, заполненный гелием. Между ними установлена мишень - свинцовая фольга толщиной 224 мг/см2 ( 0.5% ).

Счетчик S2’ служит для мониторирования пучка, а счетчик S3 для эффективного отбора в триггере событий взаимодействия ядер пучка с мишенью. Счетчик S4 расположен в промежутке между двумя времяпроекционными камерами (VTPC-1 и VTPC-2) и используется в пучках протонов. Отсутствие сигнала с этого счетчика означает факт взаимодействия налетающего протона в мишени. При протон-протонных столкновениях используется жидкая водородная мишень размером 200 мм в длину и диаметром 30 мм.

Координаты траектории пучка определяются с помощью трех пропорциональных камер (Beam Position Detector - BPD1,2,3), которые расположены на расстоянии 38, 16 и 6 метров от центра системы координат детектора NA49, соответственно. Считывание информации осуществляется с катодных стрипов. Камеры имеют размер 3x3 см2 и имеют координатную точность мкм.

Трековая система установки состоит из четырех время-проекционных камер (Time Projection Chamber - TPC) большого объема. Общее число электронных каналов во всех четырех TPC равно 182000. Точность восстановления импульса частиц в камерах составляет / = 3 10-5 GeV-1, а разрешение по измерению ионизационных потерь частиц в газе камер / 4%.

I I I I I I I Принцип работы времяпроекционных камер основан на регистрации пространственного положения центров ионизации. Под действием электрического поля, приложенного к двум противоположным обкладкам камер, продукты ионизации, ионы и электроны, дрейфуют. При этом электроны, обладающие существенно большой подвижностью, достигают так называемой камеры считывания (read-out chamber), где первоначальный заряд усиливается, а затем регистрируется.

-калориметр (RCAL) установки предназначен для измерения распределения поперечной энергии в ядро-ядерных взаимодействиях. Он расположен на расстоянии 18 м от мишени и имеет форму бочки с отверстием в центре.

На расстоянии 25 м от мишени расположен -калориметр (VCAL).

Он является ключевым элементом при определении центральности взаимодействия. Калориметр состоит из двух последовательных секций. Первая (электромагнитная) состоит из слоев свинец/сцинтиллятор и имеет длину эквивалентную 16 радиционным длинам, вторая часть (адронная) длиной 7.ядерных длин состоит из слоев железо/сцинтиллятор. Поперечные размеры калориметра – 1х1 м2, сбор света осуществляется с помощью бокового световода и ФЭУ. Для ограничения аксептанса фрагментирующих вперед частиц перед калориметром установлен колиматор. Он представляет собой железный блок с толщиной по пучку 1 м и отверстием в центре размером 10xсм2. Угловые размеры (аксептанс) колиматора составляют 0.3. Вследствие этого, только непровзаимодействующие фрагменты (спектаторы пучка) попадают в калориметр.

В этой же главе со сравнительно большой подробностью дано описание времяпролетной системы, с использованием которой в данной работе были получены результаты физического анализа. Это связано с тем, что создание 900-канального времяпролетного детектора явилось существенным вкладом Объединенного института ядерных исследований в эксперимент NA49.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»