Produktion von Kaonen und Pionen in zentralitätsselektierten Minimum-Bias-Pb+Pb-Kollisionen bei 40 und 158A GeV

Results on charged kaon and negatively charged pion production and spectra for centrality selected Pb+Pb mininimum bias events at 40 and 158A GeV have been presented in this thesis. All analysis are based on data taken by the NA49 experiment at the accelerator Super Proton Synchrotron (SPS) at the European Organization for Nuclear Research (CERN) in Geneva, Switzerland. The kaon results are based on an analysis of the mean energy loss of the charged particles traversing the detector gas of the time projection chambers (TPCs). The pion results are from an analysis of all negatively charged particles h- corrected for contributions from particle decays and secondary interactions. For the dE/dx analysis of charged kaons, main TPC tracks with a total momentum between 4 and 50 GeV have been analyzed in logarithmic momentum log(p) and transverse momentum pt bins. The resulting dE/dx spectra have been fitted by the sum of 5 Gaussians, one for each main particle type (electrons, pions, kaons, protons, deuterons). The amplitude of the Gaussian used for the kaon part of the spectra has been corrected for efficiency and acceptance and the binning has been transformed to rapidity y and transverse momentum pt bins. The multiplicity dN/dy of the single rapidity bins has been derived by summing the measured range of the transverse momentum spectra and an extrapolation to full coverage with a single exponential function fitted to the measured range. The results have been combined with the mid-rapidity measurements from the time-of-flight detectors and a double Gaussian fit to the dN/dy spectra has been used for extrapolation to rapidity outside of the acceptance of the dE/dx analysis. For the h- analysis of negatively charged pions, all negatively charged tracks have been analyzed. The background from secondary reactions, particle decays, and gamma-conversions has been corrected with the VENUS event generator. The results were also corrected for efficiency and acceptance and the pt spectra were analyzed and extrapolated where necessary to derive the mean yield per rapidity bin dN/dy. The mean multiplicity has been derived by summing up the measured dN/dy and extrapolating the rapidity spectrum with a double Gaussian fit to 4pi coverage. The results have been discussed in detail and compared to various model calculations. Microscopical models like URQMD and HSD do not describe the full complexity of Pb+Pb collisions. Especially the production of the positively charged kaons, which carry the major part of strange quarks, cannot be consistently reproduced by the model calculations. Centrality selected minimum bias Pb+Pb collisions can be described as a mixture of a high-density region of multiply colliding nucleons (core) and practically independent nucleon-nucleon collisions (corona). This leads to a smooth evolution from peripheral to central collisions. A more detailed approach derives the ensemble volume from a percolation of elementary clusters. In the percolation model all clusters are formed from coalescing strings that are assumed to decay statistically with the volume dependence of canonical strangeness suppression. The percolation model describes the measured data for top SPS and RHIC energies. At 40A GeV, the system size dependence of the relative strangeness production starts to evolve from the saturation seen at higher energies from peripheral events onwards towards a linear dependence at SIS and AGS. This change of the dependence on system size occurs in the energy region of the observed maximum of the K+ to pi ratio for central Pb+Pb collisions. Future measurements with heavy ion beam energies around this maximum at RHIC and FAIR as well as the upgraded NA49 successor experiment NA61 will further improve our understanding of quark matter and its reflection in modern heavy ion physics and theories.Hauptthema dieser Arbeit sind die Messungen der Multiplizitäten und Spektren von geladenen Kaonen und negativ geladenen Pionen für zentralitätsselektierte minimum bias Pb+Pb Kollisionen bei 40 und 158A GeV. Die Analysen basieren auf Daten, die mit dem NA49 Experiment am Europäischen Kernforschungszentrum (CERN) in Genf am Beschleuniger Super Proton Synchrotron (SPS) gemessen wurden. Die Ergebnisse für Kaonen basieren auf einer Analyse des mittleren Energieverlusts der geladenen Teilchen im Detektorgas der Time Projection Chambers (TPCs). Die Ergebnisse für Pionen stammen aus einer Analyse aller negativ geladenen Teilchen h-, die um die Beiträge aus Teilchenzerfällen und Sekundärinteraktionen korrigiert wurden. Für die Analyse des mittleren Energieverlusts der geladenen Kaonen wurden Spuren innerhalb der beiden MainTPCs mit einem Gesamtimpuls zwischen 4 und 50 GeV/c in einem logarithmischen Binning für den Gesamtimpuls log(p) und einem linearen Binning für den Transversalimpuls pt analysiert. Die resultierenden Spektren wurden mit der Summe von fünf Gaußverteilungen gefitted - je eine Gaußverteilung für eine der Hauptteilchenarten (Elektronen, Pionen, Kaonen, Protonen und Deuteronen). Die Amplitude der Gaußverteilung, die den Kaonenanteil abbildet, wurde um die Effizienz und geometrische Akzeptanz des NA49 Detektors korrigiert. Anschließend wurde das Binning in die übliche Darstellung in Rapiditäts- y und Transversalimpulsbins pt umgewandelt. Die Multiplizität dN/dy der einzelnen Rapiditätsbins wurde durch die Summation des gemessenen Bereichs im Transversalimpulsspektrum sowie mit einer Extrapolation auf die volle Transversalimpulsabdeckung durch eine einfache Exponentialfunktion bestimmt. Zusammen mit der dN/dy Messung durch den Time-of-Flight Detektor bei mittlerer Rapidität wird mit einem Doppel-Gaußfit an das Rapiditätsspektrum die Extrapolation auf Rapiditäten außerhalb der Akzeptanz der dE/dx Analyse durchgeführt und in Kombination mit der Aufsummierung der gemessenen dN/dy Werte die totale mittlere Multiplizität der Kaonen sowie bestimmt. Für die h- Analyse zur Bestimmung der negativ geladenen Pionen wurden alle negativ geladenen Teilchenspuren ausgewertet. Der Untergrund durch Sekundärreaktionen, Teilchenzerfälle und gamma-Konversionen wurde durch den VENUS Ereignisgenerator bestimmt und anschließend von den $h^-$ Spektren abgezogen. Außerdem wurden die Ergebnisse um die geometrische Akzeptanz und Rekonstruktionseffizienz des Detektors korrigiert. Die Transversalimpulsspektren dN/dptdy wurden analog zu den Kaonen analysiert und die mittlere Multiplizität pro Rapiditätsbin dN/dy bestimmt. Die totale mittlere Multiplizität der negativ geladenen Pionen wurde durch Summation des dN/dy Spektrums und eine Extrapolation auf die volle 4pi-Abdeckung mit Hilfe eine Doppel-Gaußfits bestimmt. Die Ergebnisse werden im Detail diskutiert und mit verschiedenen Modellrechnungen verglichen. Mikroskopische Modelle wie URQMD und HSD beschreiben nicht die gesamte Komplexität von Pb+Pb Kollisionen. Insbesondere die Produktion von positiv geladenen Kaonen, die den Hauptanteil der produzierten Strange-Quarks ausmachen, wird von den beiden Modellen nicht reproduziert. Eine gute Beschreibung der Ergebnisse für geladene Kaonen in zentralitätsselektierten Pb+Pb Kollisionen erzielt das Core-Corona-Modell. Es beschreibt diese Kollisionen als Mischung aus einer Hoch-Dichte-Region mehrfach kollidierender Nukleonen (Core) und praktisch unabhängig von einander stattfindenden Nukleon-Nukleon-Stößen (Corona). Diese mit einem Glauber-Modell berechnete Mischung aus Core und Corona führt zu einer monotonen Entwicklung von peripheren zu mehr und mehr zentralen Kollisionen. Ein detaillierter Ansatz bestimmt das Ensemblevolumen aus der Perkolation elementarer Cluster. Im Perkolationsmodell bestehen alle Cluster aus verschmelzenden Strings die statistisch zerfallen. Die jeweiligen Volumen der Cluster bestimmen die kanonische Strangeness-Unterdrückung. Das Modell beschreibt die Systemgrößenabhängigkeit der gemessenen Daten bei der höchsten SPS und den RHIC Energien. Bei 40A GeV bewegt sich die Zentralitätsabhängigkeit der relativen Strangeness Produktion weg von der bei höheren Energien beobachteten frühen Sättigung hin zu einer linearen Abhängigkeit wie bei SIS und AGS Energien. Diese Änderung der Systemgrößenabhängigkeit findet in der Energieregion statt, in der das Maximum des K+ zu pi Verhältnisses in zentralen Pb+Pb Kollisionen beobachtet wurde. Zukünftige Messungen mit Schwerionen-Strahlen mit einer Energie in der Nähe dieses Maximums an den Beschleunigern RHIC und FAIR sowie durch das NA49 Nachfolgeexperiment NA61 mit verbesserten Detektoren werden unser Verständnis von Quark Materie und dessen Reflektion in der modernen Schwerionenphysik und -theorie weiter verbessern

Evidence for an exotic S=-2, Q=-2 baryon resonance in proton-proton collisions at the CERN SPS

Results of resonance searches in the Xi - pi -, Xi - pi +, Xi -bar+ pi -, and Xi -bar+ pi + invariant mass spectra in proton-proton collisions at sqrt[s]=17.2 GeV are presented. Evidence is shown for the existence of a narrow Xi - pi - baryon resonance with mass of 1.862±0.002 GeV/c2 and width below the detector resolution of about 0.018 GeV/c2. The significance is estimated to be above 4.2 sigma . This state is a candidate for the hypothetical exotic Xi --3/2 baryon with S=-2, I=3 / 2, and a quark content of (dsdsu-bar). At the same mass, a peak is observed in the Xi - pi + spectrum which is a candidate for the Xi 03/2 member of this isospin quartet with a quark content of (dsusd-bar). The corresponding antibaryon spectra also show enhancements at the same invariant mass

System size and centrality dependence of the balance function in A+A collisions at sqrt[sNN]=17.2 GeV

Electric charge correlations were studied for p+p, C+C, Si+Si, and centrality selected Pb+Pb collisions at sqrt[sNN]=17.2 GeV with the NA49 large acceptance detector at the CERN SPS. In particular, long-range pseudorapidity correlations of oppositely charged particles were measured using the balance function method. The width of the balance function decreases with increasing system size and centrality of the reactions. This decrease could be related to an increasing delay of hadronization in central Pb+Pb collisions

System size and centrality dependence of the balance function in A + A collisions at sqrt s NN = 17.2 GeV

Electric charge correlations were studied for p+p, C+C, Si+Si and centrality selected Pb+Pb collisions at sqrt s_NN = 17.2$ GeV with the NA49 large acceptance detector at the CERN-SPS. In particular, long range pseudo-rapidity correlations of oppositely charged particles were measured using the Balance Function method. The width of the Balance Function decreases with increasing system size and centrality of the reactions. This decrease could be related to an increasing delay of hadronization in central Pb+Pb collisions

NA49 results on hadron production: indications of the onset of deconfinement ?

The NA49 experiment at the CERN SPS measured the energy and system size dependence of particle production in A+A collisions. A change of the energy dependence of several hadron production properties at low SPS energies is observed which suggests a scenario requiring the onset of deconfinement.Comment: XXXV International Symposium on Multiparticle Dynamics 200

Energy dependence of multiplicity fluctuations in heavy ion collisions

The energy dependence of multiplicity fluctuations was studied for the most central Pb+Pb collisions at 20A, 30A, 40A, 80A and 158A GeV by the NA49 experiment at the CERN SPS. The multiplicity distribution for negatively and positively charged hadrons is significantly narrower than Poisson one for all energies. No significant structure in energy dependence of the scaled variance of multiplicity fluctuations is observed. The measured scaled variance is lower than the one predicted by the grand-canonical formulation of the hadron-resonance gas model. The results for scaled variance are in approximate agreement with the string-hadronic model UrQMD

Report from NA49

The most recent data of NA49 on hadron production in nuclear collisions at CERN SPS energies are presented. Anomalies in the energy dependence of pion and kaon production in central Pb+Pb collisions are observed. They suggest that the onset of deconfinement is located at about 30 AGeV. Large multiplicity and transverse momentum fluctuations are measured for collisions of intermediate mass systems at 158 AGeV. The need for a new experimental programme at the CERN SPS is underlined.Comment: invited talk presented at Quark Matter 2004, 10 page

System-size dependence of strangeness production in nucleus-nucleus collisions at sqrt{s_{NN}}=17.3 GeV

Emission of pi, K, phi and Lambda was measured in near-central C+C and Si+Si collisions at 158 AGeV beam energy. Together with earlier data for p+p, S+S and Pb+Pb, the system-size dependence of relative strangeness production in nucleus-nucleus collisions is obtained. Its fast rise and the saturation observed at about 60 participating nucleons can be understood as onset of the formation of coherent partonic subsystems of increasing size.Comment: Phys.Rev.Lett in print; version2: changes made according to the request of the referee

Rapidity and transverse momentum dependence of pion-pion Bose-Einstein correlations measured at 20, 30, 40, 80, and 158 AGeV beam energy

Preliminary results on pion-pion Bose-Einstein correlations in central Pb+Pb collisions measured by the NA49 experiment are presented. Rapidity as well as transverse momentum dependence of the HBT-radii are shown for collisions at 20, 30, 40, 80, and 158 AGeV beam energy. Including results from AGS and RHIC experiments only a weak energy dependence of the radii is observed. Based on hydrodynamical models parameters like lifetime and geometrical radius of the source are derived from the dependence of the radii on transverse momentum.Comment: 5 pages, 4 figures, contribution to the Quark Matter conference, Oakland, USA, Jan 11-17, 200