Au+Au ütközések vizsgálata

A PHOBOS kísérletben az els® vizsgálataink arany-arany atommag-ütközésekben keletkezett nagy transzverzális impulzusú részecskékre vonatkoztak, 200 GeV nukleonpáronkénti ütközési energián. Az els® feladat az volt, hogy a töltött részecskék transzverzális impulzusának elosz-lását megmérjük a PHOBOS spektrométer által lefedett tartományban, azaz a 0.2< y_π <1.4 rapiditás- és a 0.25 < p_T < 4.5 GeV /c impulzustartományban. Az utóbbi intervallum alsó határát az ütközési pont közelében lev® detektorokban és berendezésekben történ® elnyel®dés, a fels® határát az adatok mennyisége, illetve a spektrométer által lefedett kis térszög szabja meg. Az impulzus-eloszlást természetesen az ütközések centralitás-osztályaira külön-külön kell meghatározni.

A hadronok és atommagok ütközéseiben történ® részecskekeltéssel kapcsolatban különbsé-get szokás tenni a "kemény" és "lágy" szórási folyamatok között, melyeket az átadott impulzus nagysága különböztet meg. A kemény szórási hatáskeresztmetszetek energiafüggése alapján várható, hogy a kemény szórások hozzájárulása a keletkezett részecskék számához az ütkö-zési energia függvényében növekszik. Nehézion-ütközésekben ez az elképzelés jól vizsgálható,

3.2 Nagy impulzusú részecskék elnyomása d+Au és Au+Au ütközésekben 47

21. ábra. Bal oldali ábra: A töltött hadronok invariáns hozama p_T függvényében, hat centralitás-osztályban. A láthatóság kedvéért az egyes osztályok egy nagyságrenddel el vannak csúsztatva egy-máshoz képest. A mérési hibák kisebbek, mint a szimbólumok mérete. Jobb oldali ábra: A töltött hadronok hozamának aránya Au+Au és p+ ¯p ütközésekben, p_T függvényében, normálva hN_part/2i -vel, két széls®séges centralitás-osztályra (melyek esetén a Glauber modellb®l becsülthN_parti értéke 65, illetve 344). A szaggatott (folytonos) vonal azN_coll (N_part) szerinti skálázási jóslatot mutatja.

hiszen a kemény folyamatok száma a páronkénti nukleon-nukleon ütközések számával (N_coll), míg a lágy folyamatok hozzájárulása az ütközésben részt vev® nukleonok számával (N_part) ará-nyosnak várható. Ez a két szám viszont nagyon eltér® módon függ az ütközés centralitásától, amely kísérletileg könnyen kontrollálható. A Glauber-modellre épül® számítások esetén köze-lít®leg az N_coll ∼ N_part^4/3 összefüggés áll fenn. Emiatt az N_coll/N_part arány a centrális Au+Au ütközésekben eléri a súroló ütközéseknél számolt arány hatszorosát. Az ütközések centralitás szerinti osztályozása tehát kézenfekv® kísérleti eszköz ennek az aránynak a változtatására. A centralitás-osztályokat a teljes rugalmatlan hadronikus hatáskeresztmetszet százalékában adjuk meg, tehát pl. a 0-6% az összes rugalmatlan ütközés legcentrálisabb hat százalékát jelenti.

Miután a PHENIX kísérlet megmutatta, hogy 130 GeV nukleonpáronkénti ütközési ener-gián a töltött részecskék impulzus-eloszlása módosul a proton-proton ütközésekben mérthez képest [165], a PHOBOS kísérlettel elvégeztük a mérést 200 GeV energián is, különös tekintet-tel a fent tárgyalt centralitás-függésre [166].

Az eseményválogatásra az ütközési pont két oldalán elhelyezett, körgy¶r¶ alakú,

egyen-ként 16 szegmensb®l álló m¶anyag szcintillációs detektorokat használtuk. Ezen detektorok jelei alapján az Au+Au ütközéseket hat centralitás-osztályba soroltuk be. Az invariáns részecs-kehozamok méréséhez számos korrekcióra volt szükség, például a detektor limitált geometriai lefedettségére, a nyomkövet® algoritmus hatásfokára, a bomló és a detektorban keltett részecs-kék számára, a helytelenül rekonstruált részecskepályákra, az össze nem ill® részecskepálya-darabok véletlen összekötésére, az impulzus-felbontásra és az impulzus-osztályok szélességére.

Az utóbbi kett® saját feladataim közé tartozott a kísérleti együttm¶ködésben. Ez magában foglalta az impulzus-felbontás Gauss-eloszlástól való jelent®s eltérésének gyelembe vételét, a felbontás korrekciójára egy iteratív eljárás kidolgozását és alkalmazását, valamint az impulzus-osztályozás hatásának kompenzálását. Az eredményként kapott invariáns töltött részecskeho-zam a transzverzális impulzus függvényében a 21. ábra bal oldalán látható.

A 21. ábra jobb oldalán a legperiférikusabb és a legcentrálisabb ütközésekben és a proton-antiproton ütközésekben korábban azonos ütközési energián mért spektrumok [167] arányát láthatjuk. Megállapítható, hogy a spektrum alakja már periférikus Au+Au ütközés esetén is eltér az proton-antiproton referenciától, és hogy a részecskehozam 4 GeV/c körül centrális ütközésekben messze alulmarad az Ncoll skálázás alapján várthoz képest, amely a nehézion-ütközést független elemi ütközések szuperpozíciójának tekinti.

A 22. ábra bal oldala mutatja a spektrumok fejl®dését a centralitás függvényében. Mind-egyik spektrum normálva van hN_part/2i-vel, és elosztva a periférikus ütközésekben mért spekt-rummal. Látható, hogy a 3 GeV/c feletti transzverzális-impulzus tartományban a résztvev®

nukleonok számával való skálázás elég pontosan teljesül, de messze elmarad a páronkénti ütközé-sek számával való skálázástól. A spektrum alakja nem változik többet a különböz® centralitások között, mint az elemi ütközések és periférikus Au+Au ütközések között változott.

Ezt az érdekes skálázási tulajdonságot más szemszögb®l mutatja a 22. ábra jobb oldala:

ez a nukleonpáronkénti részecskehozam hat különböz® transzverzális impulzusnál, a periféri-kus ütközések esetéhez normálva. Ismét a szaggatott vonal mutatja az Ncoll szerinti skálázást.

Err®l az ábráról azt a meglep® következtetést vonhatjuk le, hogy annak ellenére, hogy a páron-kénti ütközések számának súlya, így fontossága jelent®sen növekszik a centralitás-tartomány két vége között (számszer¶en a kétszeresére), addig a fenti módon, a résztvev® nukleonok számára normált részecskehozamok alig változnak, különösen nagyobb transzverzális impulzusok esetén.

Ez a jelenség úgy értelmezhet®, hogy a nehézion-ütközésben létrehozott s¶r¶ közegben a keletkezett jet energiát veszít, és ez okozza a jet vezet® hadronjainak elvesztését, pontosabban kisebb impulzustartományba tolódását. A meggyelt részecske-spektrumok olyan bonyolult mechanizmusok ered®jeként állnak el®, mint például a kezdeti és a végállapot pontos tulajdon-ságai, a nagy energiájú partonok keletkezése és fragmentációja, beleértve sugárzás- és szórásje-lenségeket is, nukleáris árnyékolás, és a partonok energiavesztesége. Kísérleti szempontból tehát egy nagyon egyszer¶ szabályosság több verseng® eektus összegeként kerül értelmezésre. Ennek alternatívája lehetne egy olyan naiv modell, amely a nagy impulzusú hadronok kibocsájtását

3.2 Nagy impulzusú részecskék elnyomása d+Au és Au+Au ütközésekben 49

/Peripheral Fit 〉 /2

N 〈 Yield/

0.5

/Peripheral Fit 〉 /2

N 〈 Yield/

22. ábra. Bal oldali ábra: töltött részecskék hozama Au+Au ütközésekben, hat centralitás-osztályban, a periférikus osztályban mért spektrummal éshN_part/2i-vel normálva. A szaggatott (foly-tonos) vonal az Ncoll (Npart) szerinti skálázási jóslatot mutatja. Jobb oldali ábra: töltött részecskék hozama a résztvev® nukleonpárok számára normálva hat különböz® transzverzális-impulzus tartomány-ban, N_part függvényében ábrázolva. Az adatok a periférikus eseményosztályban mért spektrummal el vannak osztva. A szaggatott (folytonos) vonal az N_coll (N_part) szerinti skálázási jóslatot mutatja.

csak az ütközésben keletkezett t¶zgömb felszínér®l engedné meg [168], azonban magyarázható a kezdeti állapotban el®álló telít®dés jelenségével is [169]. A téma jelent®ségét jelzi mind a kísérleti, mind az ezzel foglalkozó elméleti publikációk mostanáig összegy¶lt (egyenként) több (mint) száz hivatkozása.

A különböz® modellek közötti dierenciálás szempontjából talán a legfontosabb ezeket a méréseket elvégezni a d+Au ütközések esetén is, ahol a szóródott partonok mozgása és a jet fragmentációja vákuumban történik, illetve a részecskék keletkezését csak a "hideg" atommag-anyag jelenléte befolyásolhatja. Ezzel a kérdéssel foglalkozik a következ® alfejezet.