PhD Thesis Andreas Schüttauf

Untersuchung der Kernfragmentation

Frankfurt, 1996

Summary:	Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Aufbruchsmechanismus des Projektilspektators im relativistischen Energiebereich untersucht. Es zeigte sich dabei, daß die in vorherigen Experimenten beobachtete Targetunabhängigkeit der Fragmentproduktion bei 600 AMeV sich als universelle Eigenschaft des Zerfalls von angeregter und expandierter Kernmaterie erweist. Die Untersuchung von Ladungskorrelationen zeigte ebenfalls weder eine Energie- noch Projektilabhängigkeit im Rahmen der experimentellen Auflösung. Diese Ergebnisse sind im wesentlichen auch zu höheren und niedrigeren Energien von anderen Experimenten bestätigt worden. Mit diesem experimentellen Befund kann eindeutig der Beweis für die Existenz einer Multi-Fragmentproduktion bei relativistischen Energien gegeben werden. Im Rahmen von Modellen können die beobachteten Ladungsobservablen mit einem statistisch dominierten Zerfall erklärt werden. Die sich daran anschließende Frage nach dem Aufbruchsmechanismus und dessen Eigenschaften wurde weiterführend mit Ausrichtung auf kinematische und thermodynamische Eigenschaften des Systems untersucht. Dabei ergab sich, daß die kinematischen Observablen der Projektilquelle einen thermisch äquilibrierten Zustand widerspiegeln, unabhängig vom Stoßparameter und der Einschußenergie. Die hierbei beobachtete Emission von leichten Teilchen, die nicht eindeutig einer intermediären oder Projektilquelle zugeordnet werden konnten, ist hierbei Hinweis auf Nicht-Gleichgewichtsanteile, die in der frühen Phase der Reaktion gebildet werden. Mit der Untersuchung von kollektiven Eigenschaften des zerfallenden Systems wurde versucht, einen quantitativen Einblick in die Reaktionskinematik und den damit zusammenhängenden Energietransfer in den Projektilspektator zu erhalten. Diese Analysen ergaben, daß es bei gleichem Stoßparameter eine starke Abhängigkeit des "Bounce Off", von der Targetmasse gibt, während zu höheren Energien, beim gleichen System, nur ein kleiner Effekt zu höheren Impulsüberträgen (5-10 MeV/c) beobachtet wird. Die Energiebilanz des Systems und die hieraus extrahierten Anregungsenergien zeigten zum ersten Mal in experimentellen Daten ohne Zuhilfenahme von theoretischen Modellen, daß für die stark asymmetrischen Systeme nicht der gleiche Zusammenhang zwischen Anregungsenergie und Zbound erhalten wird wie bei den symmetrischen Systemen. Dies zeigt sich bei den asymmetrischen Systemen durch eine Saturation der Anregungsenergie mit kleiner werdendem Zbound, im Gegensatz zu den symmetrischen Systemen, die einen weiteren Anstieg zeigen. Die absoluten Werte der maximalen Anregungsenergie von <Eo/Ao> ~ 21-23 MeV bei halbzentralen Reaktionen von 197Au + 197Au bei 800 AMeV und <Eo/Ao> ~ 27 MeV bei 238U+238U 1000 AMeV sind verschieden bei gleichem Zbound. Es stellt sich jedoch heraus, daß mit Ausnahme der stark asymmetrischen Systeme die Anregungsenergie pro herausgeschlagenem Nukleon (<EKnock/A>) in Abhängigkeit von der prozentualen Größe des Prefragments zu peripheren Reaktionen monoton und energieunabhängig steigt. Werden die experimentell bestimmten Anregungsenergien verglichen mit denen aus theoretischen Modellen, so sind diese immer deutlich geringer. Im statistischen Modell von Botvina und Mitarbeitern, das von D\'esesquelles mit unseren Daten verglichen wurde \cite{pa:desesquelles96} \cite{pa:desesquelles95}, ergaben sich maximale Anregungsenergien von <Eo/Ao> ~ 7-8 MeV in zentralen Reaktionen. Ein Vergleich mit QMD + SMM ergibt, daß für die asymmetrischen Systeme (197Au+ 12C ) mit einer Anregungsenergien von maximal <Eo/Ao> ~ 8-9 MeV eine Beschreibung der Daten möglich ist. Für die symmetrischen Systeme zeigt sich eine zunehmende Diskrepanz mit zunehmender Targetmasse zwischen den experimentellen und theoretischen Anregungsenergien. Die Ladungsobservablen der Daten werden von der verwendeten QMD + SMM -Rechnung und der QMD (SACA)-Rechnung gut wiedergegeben. Durch Anpassung von Rechnungen mit dem Quantenstatischen Modell \cite{pa:hahn88b} (QSM) an die experimentellen Daten ergaben sich Aufbruchsdichten bei zentralen Reaktionen von $\rho / \rho_{o} $ ~ 0.3 bis 0.4, diese sind konsistent mit dem Aufbruch eines äquilibrierten und expandierten Systems. Die aus QSM erhaltenen Temperaturen des Quellsystems in Abhängigkeit von der Anregungsenergie geben im wesentlichen den von Pochodzalla und Mitarbeitern beobachteten Verlauf der kalorischen Kurve wieder. Die Frage, ob dieser Verlauf einen Phasenübergang von flüssig zu gasförmig darstellt, ist anhand dieser Methode nicht zu entscheiden. Die Ergebnisse der Ladungsobservablen in Verbindung mit den kollektiven Eigenschaften zeigen, daß die Anregungsenergie, die zum Erreichen des Maximums der Fragmentproduktion (<MIMF> ~ 4.4) nötig ist <Eo/Ao> ~ 11 MeV, einen geringeren absoluten Wert hat als der Bereich des möglichen Phasenübergangs <Eo/Ao> >= 17 MeV. Im Gegensatz dazu stellt sich das Maximum der mittleren IMF -Produktion energie-, target- und projektilunabhängig bei <Eo/Ao> ~ 11 MeV ein. Mit diesem Vergleich wird deutlich, daß zur näheren Untersuchung des Phasenübergangs von Kernmaterie nicht die in der Anregungsenergie saturierenden asymmetrischen Projektil-Target Kombinationen benutzt werden können. Die physikalische Fragestellung einer neuen Generation von Experimenten mit dem ALADIN-Detektor müßte in der Quantifizierung des Phasenübergangs und seiner dynamischen Observablen liegen. Dabei ist Beantwortung der Frage nach der zeitlichen Entwicklung der Fragmentproduktion über Korrelationen der Fragmente im Bereich des Phasenübergangs im Vergleich zum Maximum der universellen Kurve sowie die ereignisweise Bestimmung von dynamischen Observablen anzustreben.
Paper:	Postscript color - Postscript b/w (11 Mb) PDF (3.8 Mb) 122 pages TeX Sources
Figures:	Abb. 1.1, 1.2, 1.2(bw), 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10, 3.1, 3.2, 3.2(bw), 3.3, 3.4, 3.5, 3.5(bw), 3.6, 3.6(bw), 3.7, 3.8, 3.9, 3.10, 3.11, 3.12, 3.13, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.5(bw), 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11, 4.11(bw), 5.1, 5.1(bw), 5.2, 5.2(bw), 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, 5.10, 5.11, 5.12, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10, 6.11, 6.12, 6.12(bw), 6.13, 6.14, 6.15, 6.15(bw), 6.16 By filename

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