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Transverse-momentum dependent modification of dynamic texture in central Au+Au collisions at sqrt[sNN]=200GeV (2005)

J. Adams Jens Berger Thomas Dietel Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock et al. STAR Collaboration

Correlations in the hadron distributions produced in relativistic Au+Au collisions are studied in the discrete wavelet expansion method. The analysis is performed in the space of pseudorapidity (| eta | <= 1) and azimuth(full 2 pi ) in bins of transverse momentum (pt) from 0.14 <= pt <= 2.1GeV/c. In peripheral Au+Au collisions a correlation structure ascribed to minijet fragmentation is observed. It evolves with collision centrality and pt in a way not seen before, which suggests strong dissipation of minijet fragmentation in the longitudinally expanding medium.

Transverse-momentum and collision-energy dependence of high-pT hadron suppression in Au+Au collisions at ultrarelativistic energies (2003)

J. Adams Clemens Adler M. M. Aggarwal Z. Ahammed Jens Berger Thomas Dietel Dominik Bernhard Flierl Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock Christof Struck et al. STAR Collaboration

We report high statistics measurements of inclusive charged hadron production in Au+Au and p+p collisions at sqrt[sNN]=200 GeV. A large, approximately constant hadron suppression is observed in central Au+Au collisions for 5<pT<12 GeV/c. The collision energy dependence of the yields and the centrality and pT dependence of the suppression provide stringent constraints on theoretical models of suppression. Models incorporating initial-state gluon saturation or partonic energy loss in dense matter are largely consistent with observations. We observe no evidence of pT-dependent suppression, which may be expected from models incorporating jet attenuation in cold nuclear matter or scattering of fragmentation hadrons.

Three-pion Hanbury Brown-Twiss correlations in relativistic heavy-ion collisions from the STAR experiment (2003)

J. Adams Clemens Adler Z. Ahammed Jens Berger Thomas Dietel Dominik Bernhard Flierl Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock Christof Struck et al. STAR Collaboration

Data from the first physics run at the Relativistic Heavy-Ion Collider at Brookhaven National Laboratory, Au+Au collisions at sqrt[sNN]=130 GeV, have been analyzed by the STAR Collaboration using three-pion correlations with charged pions to study whether pions are emitted independently at freeze-out. We have made a high-statistics measurement of the three-pion correlation function and calculated the normalized three-particle correlator to obtain a quantitative measurement of the degree of chaoticity of the pion source. It is found that the degree of chaoticity seems to increase with increasing particle multiplicity.

Search for upsilons in heavy-ion collisions with the STAR detector (2005)

Thorsten Kollegger

Die Struktur der uns umgebenden Materie sowie die zwischen ihren Bestandteilen wirkenden Kräfte waren schon immer eine der zentralen wissenschaftlichen Fragestellungen. Nach den gegenwärtigen Erkenntnissen ist die uns umgebende Materie aus einigen wenigen Elementarteilchen aufgebaut; sechs Quarks und sechs Leptonen. Zwischen ihnen wirken vier fundamentale Kräfte; die starke, die schwache, die elektromagnetische und die Gravitationskraft. Dominierende Kraft zwischen Quarks ist auf kleinen Skalen, wie im Inneren von Nukleonen, die starke Kraft. Die sie beschreibende Theorie ist die Quantum Chromo Dynamic (QCD). Eine besondere Eigenschaft der QCD ist die Vorhersage, dass Quarks nur in gebundenen Zuständen auftreten, entweder als Paar (Mesonen) oder als Kombination aus drei Quarks (Baryonen). Tatsächlich wurden bisher keine freien Quarks experimentell gefunden. Dieses Phänomen wird als ?confinement? bezeichnet. Es stellt sich die Frage, ob es möglich ist, einen Materiezustand zu erzeugen in welchem sich die Quarks in einem ausgedehnten Volumen wie freieTeilchen verhalten. Tatsächlich sagen theoretische Berechnungen einen solchen Zustand, das Quark-Gluon-Plasma, für sehr hohe Temperaturen und/oder Dichten voraus. Ultrarelativistische Schwerionenkollisionen sind die einzige derzeit bekannte Möglichkeit, die nötigen Temperaturen und Dichten im Labor zu erreichen. Erschwert wird die Interpretation des hierbei erzeugten Materiezustandes durch die Tatsache, dass im Experiment nur der hadronische Endzustand der Kollision beobachtet werden kann, auf Grund der sehr kurzen Zeitskala jedoch nicht die erzeugte Materie selbst. Trotzdem wurden inzwischen einige Observablen gemessen, die einen Rückschluss auf den Materiezustand in den frühen Phasen der Kollision zulassen. Die kombinierte Information legt die Bildung eines ?deconfinten? Zustandes nahe. Eine dieser Proben ist die Produktion von schweren Quarkonia, d.h. Mesonen, die aus charm-anticharm (bzw. bottom-antibottom) Quarkpaaren bestehen. Wie in Kapitel 2 näher erläutert, kann von ihrer Produktion möglicherweise auf die in der Kollision erreichte Temperatur geschlossen werden. Das bisherige experimentelle Programm konzentrierte sich auf die Messung des J/Ã Mesons, dem 1S Zustandes des charm - anticharm Systems. Wie von der Theorie vorhergesagt, wurde eine Unterdrückung seiner Produktion in Schwerionenkollisionen relativ zur Produktion in Proton-Proton-Kollisionen beobachtet, z.B. vom Experiment NA50 am SPS Beschleuniger des Europäischen Zentrums für Teilchenphysik CERN, wie in Abbildung 2.2 gezeigt.Die Deutung dieser Meßdaten ist jedoch umstritten. Neben einer Interpretation im Rahmen des oben beschriebenen Modells können die Daten sowohl von hadronischen Modellen als auch von statistischen Hadronisierungsmodellen, die eine Bildung des cc Zustandes nicht in den initialen Partonkollisionen, sondern erst beim ?Ubergang zum hadronischen Endzustand annehmen, beschrieben werden. Eine Möglichkeit, einzelne Modelle zu falsifizieren bzw. einige der Modellparameter weiter einzuschränken, besteht in der Messung anderer Quarkonia Zustände als dem J/Ã Meson. Hier wären zum einen die anderen Zustände der cc Familie zu nennen, z.B. das Âc(1P). Dieses ist jedoch durch seine Zerfallskanäle experimentell nur schwer nachzuweisen. Eine andere Möglichkeit bietet die Messung von Bindungszuständen zwischen bottom Quarks. Das bb System hat durch die grössere Massendifferenz zwischen dem ersten Bindungszustand, dem ?(1S), und der für die Erzeugung zweier Hadronen mit jeweils einem bottom und einem leichten Quark, wesentlich mehr Zustände als das cc System. Experimentell sind durch den Zerfallskanal in zwei Leptonen insbesondere die Upsilon gut nachzuweisen.Die Messung von Upsilons in ultrarelativistischen Schwerionenkollisionen ist jedoch experimentell äusserst herausfordernd. Durch die große Masse von circa 10 GeV/c2 ist die Produktionswahrscheinlichkeit sehr klein im Vergleich zu leichteren Teilchen, zum Beispiel dem nur 3.14 GeV/2 schwerem J/Ã. Der im Jahr 2000 in Betrieb genommene Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC, siehe Kapitel 3.1) des Brookhaven National Laboratories (BNL) auf Long Island in der Nähe vonNew York erreicht zum ersten Mal eine ausreichend grosse Schwerpunktsenergie und Luminosit ät, welche eine Upsilon Messung möglich erscheinen lassen. Die Entwicklung des experimentellen Programms zur Messung von Upsilons mit dem STAR Detektor am RHIC und erste Ergebnisse aus der Strahlzeit der Jahre 2003/2004 werden in dieser Arbeit beschrieben. Herzstück des STAR Detektors, der in Kapitel 3.2 näher beschrieben wird, ist eine Time Projection Chamber (TPC) welche die Rekonstruktion geladener Teilchen in einem grossen Phasenraumbereich bei mittlerer Rapidität erlaubt. In den Jahren 2001 bis 2005 wurde das Experiment um elektromagnetische Kalorimeter (BEMC, EEMC) erweitert, mit welchen zusätzlich die Energie von Photonen und Elektronen bestimmt werden kann. Die verschiedenen Detektoren des STAR Detektorsystems können in zwei, durch ihre mögliche Ausleserate definierte, Klassen eingeteilt werden. Ein Teil der Detektoren wird bei jedem RHIC Bunch Crossing ausgelesen, d.h. mit einer Frequenz von 9.3 MHz. Zu dieser Klasse der sogenannten Triggerdetektoren gehören unter anderem das schon erwähnte elektromagnetische Kalorimeter, der Central Trigger Barrel (CTB), die Zero Degree Calorimeter (ZDC) und die Beam-Beam Counter (BBC). Die Time Projection Chamber und einige andere Detektoren, wie z.B. der Silicon Vertex Tracker (SVT), können im Gegensatz dazu nur mit maximal 100 Hz ausgelesen werden.

Rho 0 production and possible modification in Au+Au and p+p collisions at sqrt[sNN]=200 GeV (2004)

J. Adams Clemens Adler Jens Berger Thomas Dietel Dominik Bernhard Flierl Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock Christof Struck et al. STAR Collaboration

We report results on rho (770)0--> pi + pi - production at midrapidity in p+p and peripheral Au+Au collisions at sqrt[sNN]=200 GeV. This is the first direct measurement of rho (770)0--> pi + pi - in heavy-ion collisions. The measured rho 0 peak in the invariant mass distribution is shifted by ~40 MeV/c2 in minimum bias p+p interactions and ~70 MeV/c2 in peripheral Au+Au collisions. The rho 0 mass shift is dependent on transverse momentum and multiplicity. The modification of the rho 0 meson mass, width, and shape due to phase space and dynamical effects are discussed.

Rapidity and centrality dependence of proton and antiproton production from 197Au + 197Au collisions at sqrt[SNN ]=130 GeV (2004)

J. Adams Clemens Adler Jens Berger Thomas Dietel Dominik Bernhard Flierl Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock Christof Struck et al. STAR Collaboration

We report on the rapidity and centrality dependence of proton and antiproton transverse mass distributions from 197Au + 197Au collisions at sqrt[sNN ]=130 GeV as measured by the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Our results are from the rapidity and transverse momentum range of |y| <0.5 and 0.35< pt <1.00 GeV/c . For both protons and antiprotons, transverse mass distributions become more convex from peripheral to central collisions demonstrating characteristics of collective expansion. The measured rapidity distributions and the mean transverse momenta versus rapidity are flat within |y| <0.5 . Comparisons of our data with results from model calculations indicate that in order to obtain a consistent picture of the proton (antiproton) yields and transverse mass distributions the possibility of prehadronic collective expansion may have to be taken into account.

Pseudorapidity asymmetry and centrality dependence of charged hadron spectra in d+Au collisions at sqrt[sNN ]=200 GeV (2004)

J. Adams Jens Berger Thomas Dietel Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock et al. STAR Collaboration

The pseudorapidity asymmetry and centrality dependence of charged hadron spectra in d+Au collisions at sqrt[sNN ]=200 GeV are presented. The charged particle density at midrapidity, its pseudorapidity asymmetry, and centrality dependence are reasonably reproduced by a multiphase transport model, by HIJING, and by the latest calculations in a saturation model. Ratios of transverse momentum spectra between backward and forward pseudorapidity are above unity for pT below 5 GeV/c . The ratio of central to peripheral spectra in d+Au collisions shows enhancement at 2< pT <6 GeV/c , with a larger effect at backward rapidity than forward rapidity. Our measurements are in qualitative agreement with gluon saturation and in contrast to calculations based on incoherent multiple partonic scatterings.

Production of e+ e- pairs accompanied by nuclear dissociation in ultraperipheral heavy-ion collisions (2004)

J. Adams Jens Berger Thomas Dietel Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock et al. STAR Collaboration

We present data on e+ e- pair production accompanied by nuclear breakup in ultraperipheral gold-gold collisions at a center of mass energy of 200 GeV per nucleon pair. The nuclear breakup requirement selects events at small impact parameters, where higher-order diagrams for pair production should be enhanced. We compare the data with two calculations: one based on the equivalent photon approximation, and the other using lowest-order quantum electrodynamics (QED). The data distributions agree with both calculations, except that the pair transverse momentum spectrum disagrees with the equivalent photon approach. We set limits on higher-order contributions to the cross section.

Pion-kaon correlations in central Au+Au collisions at sqrt[sNN]=130 GeV (2003)

J. Adams Clemens Adler M. M. Aggarwal Z. Ahammed Jens Berger Thomas Dietel Dominik Bernhard Flierl Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock Christof Struck et al. STAR Collaboration

Pion-kaon correlation functions are constructed from central Au+Au STAR data taken at sqrt[sNN]=130 GeV by the STAR detector at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). The results suggest that pions and kaons are not emitted at the same average space-time point. Space-momentum correlations, i.e., transverse flow, lead to a space-time emission asymmetry of pions and kaons that is consistent with the data. This result provides new independent evidence that the system created at RHIC undergoes a collective transverse expansion.

Pion interferometry in Au+Au collisions at sqrt[sNN]=200GeV (2005)

J. Adams Jens Berger Thomas Dietel Thorsten Kollegger Jens Sören Lange Reinhard Stock et al. STAR Collaboration

We present a systematic analysis of two-pion interferometry in Au+Au collisions at sqrt[sNN]=200GeV using the STAR detector at Relativistic Heavy Ion Collider. We extract the Hanbury-Brown and Twiss radii and study their multiplicity, transverse momentum, and azimuthal angle dependence. The Gaussianness of the correlation function is studied. Estimates of the geometrical and dynamical structure of the freeze-out source are extracted by fits with blast-wave parametrizations. The expansion of the source and its relation with the initial energy density distribution is studied.

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