Исследования выходов нейтральных пионов в реакции Au + Au при энергии 200 ГэВ/нуклон тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Нянин, Александр Станиславович

• Нянин, Александр Станиславович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Нянин, Александр Станиславович

Введение

Цель работы

Положения выносимые на защиту

Глава 1.

Эксперимент PHENIX на ускорительном комплексе AGS-RHIC

Обзор детектирующих подсистем эксперимента PHENIX 12 Подсистемы эксперимента PHENIX, отвечающие за выработку триггерных сигналов и формирование «физического события»

Калориметр нулевого угла (ZDC - Zero Degree Calorimeter)

Пучковый детектор (ВВС - Beam-Beam counter)

Определение времени взаимодействия.

Отбор событий

Классификация событий

Электромагнитный калориметр эксперимента PHENIX

Глава 2.

Структура электромагнитного калориметра LeadGlass. Механические и электронные узлы. Настройка и выбор рабочих параметров

Мониторинговая система

Считывающая и управляющая электроника FEM

Проверка отклика детектора на тестовых электронных пучках AGS

Идентификация кластера

Профиль ливня в LeadGlass калориметре

Флуктуации

Доверительный уровень.

Перекрывающиеся кластеры

Энергетическое, пространственное и временное разрешение

Пьедесталы

Значение величины отношения коэффициентов усиления электронных каналов калориметра на основе свинцового стекла - LeadGlass Нахождение отношения коэффициентов низкого и высокого усиления для индивидуального модуля Времязависимые коэффициенты усиления

Относительная энергетическая калибровка модулей электромагнитного калориметра на основе свинцового стекла - Lead Glass

Энергетические спектры отдельных модулей и их наклоны

Поправка энерговыделения в индивидуальном модуле с учётом угла падения частицы

Поправка относительной калибровки

Калибровка временных каналов считывающей электроники для электромагнитного калориметра на основе свинцового стекла Настройка временной задержки сигнала от GL1 (Global Level 1) — основной триггер первого уровня

Коррекция задержки сигналов во временном канале электроники электромагнитного калориметра на основе свинцового стекла

Глава 3.

Спектры нейтральных пионов.

Определение инвариантных масс методом смешанных событий Выделение 7i0 событий

Нормировка комбинаторного спектра

Применяемые критерии отбора

Геометрический аксептанс для нейтральных тс-мезонов. Эффективность реконструкции 7г°-мезонов Генерирование единичного 7Г°-мезона Добавление сгенерированных частиц Оценка выхода симулированных событий Оценка эффекта Далица - конверсия фотонов

Расчёт числа нуклонов для степеней центральности, определяемых при помощи Пучкового детектора (ВВС) и Детектора Нулевого Угла (ZDC) Степени центральности

Сигналы от Пучкового детектора и Детектора нулевого угла

Получение значения числа участников Npart и количества бинарных столкновений Ncon

Систематические ошибки

Выделение пика

Энергетическая шкала

Пределы интегрирования 9 }

Идентификация частиц

Размытие по энергии

Оценка эффективности реконструкции и аксептанса

Данные для количества нуклон-нуклонных соударений и числа ^ участников, полученные с применением Глауберовской модели

Результаты

Сравнение полученных данных с данными других экспериментов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследования выходов нейтральных пионов в реакции Au + Au при энергии 200 ГэВ/нуклон»

В начале восьмидесятых годов двадцатого столетия сформировалась область экспериментальной физики, вобравшая в себя и ядерную физику и физику элементарных частиц, которая сейчас известна как релятивистская ядерная физика. Первые опыты работы с пучками релятивистских .ядер, сначала в Объединённом Институте Ядерных Исследований в Дубне [1], а затем и в Беркли [2] открыли новые возможности экспериментального исследования новых форм существования ядерной материи. С 1986 года в Брукхейвенской национальной лаборатории (Аптон, США) на ускорителе

9 Я

AGS ядра Si ускорялись до энергии 14,5 ГэВ на нуклон. А в Европейском центре ядерных исследований (CERN, Швейцария) вступает в действие ядерная программа на ускорителе SPS (Super Proton Synchrotron).

Ускорительные комплексы становятся всё мощнее, энергии столкновений всё выше. Повышение энергии соударяемых ионов, позволило от изучения структуры ядер перейти к исследованию ядерной материи и уравнению её состояния. Следущий качественный шаг - переход от работы с неподвижной мишенью, к исследованию ядерной материи на встречных пучках. Теоретические расчёты, указывающие на возможность обнаружения такого состояния вещества, как кварк-глюонная плазма (КГП), становятся возможным экспериментально подтвердить, используя мощнейшие коллайдеры - RHIC и LHC, которые позволяют достигнуть высокой плотности и давления ядерного вещества, чтобы осуществить фазовый переход от адронной материи в новое состояние. Кварк-глюонной плазмой называют такое состояние ядерного вещества, при котором кварки и глюоны не принадлежат отдельным адронам, а константа взаимодействия мала настолько, что кварки и глюоны, подобно свободным частицам, взаимодействуют на коротком расстоянии. В таком состоянии пребывала наша Вселенная сразу после Большого Взрыва. А недавние астрономические наблюдения обнаружили кварковые звёзды.

Зарегистрировать КГП непосредственно, современная техника эксперимента не позволяет. Однако, существование её можно установить, измерив экспериментально сигналы-признаки. Например: . электромагнитный сигнал. Теоретические расчёты предполагают увеличение выхода фотонов и лептонных пар в случае образования КГП[3]. Сигнал от прямых фотонов, не участвовавших в сильных взаимодействиях, несёт наименее искажённую информацию о ранней стадии взаимодействия КГП. Единственная трудность — фоновые частицы - фотоны и лептонны из продуктов распада различных адронов [4] и испущенные адронным газом [5]. Работы по обнаружению прямых фотонов проводились на SPS (Super Proton Synchrotron) в Европейском центре ядерных исследований (CERN) в экспериментах WA80 [6] и WA98[7] восстановление киральной симметрии, нарушенной согласно теории квантовой хромодинамики. Согласно теоретическим моделям, при фазовом переходе в состояние КГП, кварки начинают вести себя как безмассовые частицы, то есть, происходит восстановление нарушенной киральной симметрии и образуется так называемый дезориентированный киральный конденсат [8]. Это должно привести к отличному отношению множественностей нейтральных и заряженных частиц, по сравнению с состоянием изоспиновой симметрии. . изменение спектров рождения странных частиц и JAP -мезонов. В случае образования КГП, предсказывается заметное увеличение выхода странных частиц [9]. Также принято считать, что при образовании КГП, выход JAP -мезонов уменьшается [10]. Такое наблюдение было сделано в экспериментах WA80 и WA98.

Цель работы.

Основной целью данной диссертации являлось разработка методики получения спектров нейтральных пионов образующихся в реакции Аи+Аи. Работа была выполнена в рамках международного эксперимента PHENIX на тяжелоионном коллайдере RHIC Брукхейвенской национальной лаборатории.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. «PHENIX calorimeter», Nucl.Instrum.Meth.A499:521-536, 2003.

2. Препринт IAE-56-31/2 1994. «Investigation of photon spectrometer prototypes properties» A.L.Lebedev, A.S.Nyanin, T.Awes

3. «Suppression of hadrons with large transverse momentum in central Au+Au collisions at s(NN)**(l/2) = 130-GeV», Phys.Rev.Lett.88:022301, 2002.

4. «Suppressed 7C° production at large transverse momentum in central Au+ Au collisions at S(NN)**l/2 = 200 GeV», Phys.Rev.Lett.91:072301, 2003.

5. «Absence of suppression in particle production at large transverse momentum in S(NN)**(l/2) = 200-GeV d + Au collisions», Phys.Rev.Lett.91:072303, 2003.

Положения, выносимые на защиту:

• Методика калибровки электромагнитного калориметра, о Калибровка энергетических и временных каналов, о Выбор оптимальных параметров считывющей электроники для эффективной работы детектора. о Методика учёта и корректировки времязависимых коэффициентов усиления. о Определение эффективности регистрации, аксептанса и других поправочных факторов, необходимых для получения выхода мезонов.

• Разработка методов определения кластера (совокупности соседних детекторов калориметра, в которых происходит выделение энергии при попадании частицы).

• Исследования и учёт поправок, вносимых в получаемые значения выходов нейтральных пионов статистическими и систематическими погрешностями измерений.

• Получение инвариантных сечений выхода л;0-мезонов в ультрарелятивистских соударениях Аи +Аи при = 200 ГэВ.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Нянин, Александр Станиславович

Заключение.

Основной целью данной работы являлось: разработка методики, получение и анализ спектров нейтральных пионов для реакции Au + Au с энергией в системе центра масс 200 ГэВ/нуклон в эксперименте PHENIX, проведенном на тяжелоионном коллайдере RHIC в Брукхейвенской Национальной Лаборатории [50-60].

Одной из основных задач эксперимента PHENIX является обнаружение новой формы ядерного вещества - кварк-глюонной плазмы, при котором, кварки и глюоны не связаны в нуклоны, а могут свободно перемещаться на значительные расстояния. Вероятно, что в таком состоянии пребывала Вселенная в краткий момент после Большого Взрыва. Это же состояние ожидалось воспроизвести в лабораторных условиях, сталкивая встречные пучки ядер золота.

Одним из возможных проявлений наличия кварк-глюонной плазмы является подавление выхода частиц с большим поперечным импульсом рт в центральных соударениях Au + Au по сравнению с р + р реакцией (в пересчёте на нуклон).

Взаимодействие происходит так называемым сильным способом, с присущим партонам большим поперечным импульсом. Рассеяния в реакциях р + р и Au + Au идентичны (поскольку отличаются только множителем - scaling factor) и могут быть идеальным для изучения состояния высоко плотной и нагретой материи в поздней стадии центральных тяжелоионных столкновений [61-64]. В случае, когда среда имеет высокую плотность цветового заряда, как это ожидается для КГП, партоны, взаимодействующие сильным способом, теряют энергию ещё до фрагментации, поскольку они также несут цветовой заряд. Этот процесс схож с энергетическими потерями заряженных частиц при прохождении ими вещества, и должен быть наблюдаем, как подавление выхода частиц о большим поперечным импульсом по сравнению с р + р реакцией. Так; называемый эффект подавления струй (jet quenching).

В результате этих работ была получена согласованная физическая картина. При столкновении ультрарелятивистских ядер образуется горячая; материя, температура которой в центральной части достигает 500 МэВ. Выяснилось, что эта материя весьма непрозрачна для жестких партонов, что приводит к универсальному подавлению выхода жестких адронов, как это было показано на примере подавления выходов нейтральных пионов.

В заключении автор хотел бы выразить благодарность Сергею Леонидовичу Фокину за научное руководство, Владиславу Ивановичу Манько за плодотворные идеи и ценные консультации. Глубокую признательность Михаилу Сергеевичу Ипполитову, Александру Александровичу Виноградову, Максиму Анатольевичу Волкову, Сергею Беликову за помощь и поддержку на всех этапах работы от момента создания детектора до обработки полученных результатов. Я также благодарен всему коллективу лаборатории за полезные обсуждения и; плодотворные дискуссии. Выражаю благодарность коллективам эксперимента PHENIX и AGS-RHIC без участия которых проведение данных исследований было бы невозможно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Нянин, Александр Станиславович, 2010 год

1. Балдин A.M. и др. ОИЯИ Р9-5442, Дубна, 19702. 2-nd High-Energy Heavy-Ion Sunimy Study, Berkley, 1972, LBL 03675

2. Ю.А.Тарасов, Препринт ИАЭ-4356/2, Москва, 1986.

3. E.L.Feinberg, Nuovo Chim. A34 (1976) 391.

4. J.I.Kapusta et al., Phys. Rev. D47 (1993) 4171.

5. R.Albrecht et al., Z. Phys. C51 (1991) 1.

6. M.M.Aggarwal et al., Direct Photon Production in 158 A GeV 208Pb + 208Pb Collisions, preprint nucl-ex/0006007 11 June 2000.

7. J.D.Bjorken, Acta Phys. Pol. B23 (1992) 637.

8. T.Matsui and H.Satz, Phys. Lett. В178 (1986) 416.

9. The PHENIX Conceprual Design Report 1993 (PX20, BNL48922, internal).,1 l.N. Metropolis, S. Ulam, The Monte Carlo Method, — J. Amer, statistical assoc. 1949 44 №247 335—341

10. R.J. Glauber and G. Matthiae, Nucl. Phys. В 21, 135 (1970).

11. В.П.Эрелов. Излучение Вавилова-Черенкова и его применение в физике высоких энергий. Атомиздат. 1968г.

12. J.D.Cockroft and E.T.S.Walton, Proc. R. Soc. London A137 (1932) 229 15.S.Neumaier et al., A new VME-based high voltage supply for largephotomultiplier systems NIM A 360(1995) 593-597

13. L. Hubbeling. Large Photomultiplier Systems A new approach, CERN/ECP 92-10.

14. A new monitoring system for the photon spectrometer LEDA in the WA98 experiment NIM A 376 (1996) 368-374

15. A.L. Wintenberg et al., Monolitic Circuits for LeadGlass Calorimetry, Proc. Of Electronics for Future Colliders conf., LeCroy corp. (1994)

16. A.L. Wintenberg et al., IEEE Trans. Nucl. Sei. 45 3 (1998), p. 758.

17. А.А.Леднёв, Препринт ИФВЭ 93-153, Протвино 1993

18. GEANT 3.21, CERN Program Library Long Writeup W5013

19. R.Albrecht Phys. Rev C44 (1991) p.2736

20. H.Baumeister et al., Nucl. Instr. and Meth. A292(1990) p.81

21. F.Berger et al., Nucl. Instr. and Meth. A321(1992) p. 152

22. M.M. Aggarwal, et al., Phys.Rev.Lett.81:4087-4091,1998

23. M.M. Aggarwal, et al., Nucl.Phys.A638:147-158,1998

24. M.M. Aggarwal, et al., Eur.Phys.J.C16:445-451,2000

25. M.M. Aggarwal, et al., Eur.Phys.J.C 18:651-663,2001

26. M.M. Aggarwal, et al., Eur.Phys.J.C23:225-236,2002

27. M.M. Aggarwal, et al., Phys.Rev.C67:044901,2003

28. A.L.S. Angelis, et al., Phys. Lett. В 185 (1987) 213.

29. R. Albrecht, et al., Eur. Phys. J. С 5 (1998) 255.

30. Cronin et al., Phys. Rev. D11 (1975) 3105 39.S.S. Adler, et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072303 40.S.S. Adler, et al., Phys. Rev. С 69 (2004) 082302 41.S.S. Adler, et al., nucl-ex/0503003

31. K. Adcox, et al., Nucl.Phys. A757(2005) 184-283.

32. C. Loizides hep-ph/0608133v2 44.S. Wicks, et al., nucl-th/0512076

33. M. Gyulassy, at al., nucl-th/0006010v2

34. Arsene, et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072305

35. B.B. Back, et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072302

36. Arsene, et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072304