Untersuchung der seltsamen Dimension des Phasendiagramms stark wechselwirkender Materie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Erforschung stark wechselwirkender Materie unter extremen Bedingungen ist ein Schwerpunkt der modernen Kern- und Hadronenphysik mit enger Verknüpfung zur Astrophysik und Kosmologie. Eine Reihe von experimentellen Anstrengungen, z.B. das Beam Energy Scan (BES) Programm der STAR Kollaboration am Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) in den USA, werden derzeit unternommen um das Phasendiagramm dieser QCD-Materie durch Kollisionen schwerer Ionen bei hohen Energie systematisch zu untersuchen. Ein weiteres, dediziertes Detektorsystem zum Studium dieser komprimierten baryonischen Materie wird gegenwärtig von der CBM Kollaboration am FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) Beschleunigerzentrum in Darmstadt entwickelt. Zur Interpretation dieser Daten ist eine möglichst realistische theoretische Modellierung der Schwerionen-Kollisionen eine entscheidende Voraussetzung. Deshalb wurde im Rahmen dieses Projekts das Transportmodell PHQMD (Parton Hadron Quantum Molecular Dynamics) entwickelt und einerseits mit bereits existierenden Daten verglichen und andererseits zur Vorhersage für kommende Experimente verwendet. Insbesondere erlaubt es PHQMD Berechnungen zur Produktion leichter Kerne und Hyperkerne anzustellen, deren Produktionsmechanismen im heißen und hochdichten Feuerball, der in diesen Schwerionen-Kollisionen erzeugt wird, bislang noch völlig unverstanden waren. Die Vergleiche von PHQMD mit den existierenden Daten ergeben dabei jedoch eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Modellvorhersagen und den Messungen. Die sehr bemerkenswerte Beobachtung, dass in dieser extremen Umgebung auch sehr schwach gebundene Objekte, wie das Deuteron oder das Hypertriton, mit vergleichsweise hohen Raten erzeugt werden und die Entwicklung des Feuerballs überleben, wurde als das „Fire in Ice“ Problem (oder auch „Snowball in Hell“) bezeichnet. Mit Hilfe des PHQMD-Modell konnte eine natürliche Lösung dieses Problems gefunden werden, da die Produktion leichter (Hyper-)Kerne in diesem Modell in einem räumlichen Bereich hinter der nach außen expandierenden Welle hochdichter, heißer Materie stattfindet. In dieser Region herrschen dann Bedingungen in denen diese Cluster über die nuklearen Potentiale gebunden werden und die weitere Evolution des Systems überleben können. Um sicher zu stellen, dass das PHQMD Modell in möglichst breiten Rahmen der Community zur Verfügung steht, wurde daran gearbeitet das Modell in die jeweiligen Software- Umgebungen der experimentellen Kollaborationen (CBM (FAIR) und NICA (JINR)) einzufügen, so dass es nun für Studien zur experimentellen Performance allgemein zugänglich ist. Es wurden auch eine Vielzahl von Vorhersagen zum Vergleich mit laufenden Experimenten (z.B. STAR (BNL), HADES (GSI) und NA61 (CERN)) berechnet und fanden ihren Weg in entsprechende Publikationen dieser Kollaborationen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Hadron production in elementary nucleon–nucleon reactions from low to ultra-relativistic energies. The European Physical Journal A, 56(9).
Kireyeu, V.; Grishmanovskii, I.; Kolesnikov, V.; Voronyuk, V. & Bratkovskaya, E.
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Parton-hadron-quantum-molecular dynamics: A novel microscopic n -body transport approach for heavy-ion collisions, dynamical cluster formation, and hypernuclei production. Physical Review C, 101(4).
Aichelin, J.; Bratkovskaya, E.; Le Fèvre, A.; Kireyeu, V.; Kolesnikov, V.; Leifels, Y.; Voronyuk, V. & Coci, G.
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“Charged-pion production in Au+Au collisions at √sNN = 2.4 GeV ”, Eur. Phys. J. A56 (2020) 259
J. Adamczewski-Musch
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“Comparison of light (hyper-)nuclei from PHQMD simulations with experimental data from heavy-ion collisions”, Vortrag auf der virtuellen DPG-Frühjahrstagung SMuK 2021, 30. Aug. − 3. Sept. 2021.
S. Gläßel
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“Reconstruction of hypernuclei with PFSimple”, CBM Progress Report 2020 (2021) p. 183, Darmstadt, Deutschland,
S. Gläßel
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Cluster and hypercluster production in relativistic heavy-ion collisions within the parton-hadron-quantum-molecular-dynamics approach. Physical Review C, 105(1).
Gläßel, Susanne; Kireyeu, Viktar; Voronyuk, Vadim; Aichelin, Jörg; Blume, Christoph; Bratkovskaya, Elena; Coci, Gabriele; Kolesnikov, Vadim & Winn, Michael
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Deuteron production in ultrarelativistic heavy-ion collisions: A comparison of the coalescence and the minimum spanning tree procedure. Physical Review C, 105(4).
Kireyeu, Viktar; Steinheimer, Jan; Aichelin, Jörg; Bleicher, Marcus & Bratkovskaya, Elena
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Dynamical cluster and hypernuclei production in heavy-ion collisions. EPJ Web of Conferences, 259, 11003.
Gläßel, Susanne; Kireyeu, Viktar; Voronyuk, Vadim; Aichelin, Jörg; Blume, Christoph; Bratkovskaya, Elena; Coci, Gabriele; Kolesnikov, Vadim & Winn, Michael
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Dynamical mechanisms for deuteron production at mid-rapidity in relativistic heavy-ion collisions from energies available at the GSI Schwerionensynchrotron to those at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider. Physical Review C, 108(1).
Coci, G.; Gläßel, S.; Kireyeu, V.; Aichelin, J.; Blume, C.; Bratkovskaya, E.; Kolesnikov, V. & Voronyuk, V.
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Midrapidity cluster formation in heavy-ion collisions. EPJ Web of Conferences, 276, 03005.
Bratkovskaya, Elena; Glässel, Susanne; Kireyeu, Viktar; Aichelin, Jörg; Bleicher, Marcus; Blume, Christoph; Coci, Gabriele; Kolesnikov, Vadim; Steinheimer, Jan & Voronyuk, Vadim
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“Hypernuclei studies in heavy-ion collisions at CBM ”, Vortrag auf der DPG-Frühjahrstagung SMuK 2023, 20.−24. März 2023, Dresden, Deutschland.
S. Gläßel
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“Hypernuclei studies in heavy-ion collisions with the CBM experiment at FAIR”, Poster auf der internationalen Konferenz Quark Matter 2023, Sept. 2023, Houston, Texas, USA.
S. Gläßel
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“Reconstruction of hypernuclei with PFSimple”, CBM Progress Report 2022 (2023) p. 168, Darmstadt, Deutschland,
S. Gläßel
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”Latest developments of the PHQMD model”, Eingeladener Vortrag auf dem internationalen EMMI-Workshop “4th Workshop on Anti-Matter, Hyper-Matter, and Exotica Production at the LHC”, 13.−17. Feb. 2023, Bologna, Italien.
S. Gläßel
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Cluster formation near midrapidity: How the production mechanisms can be identified experimentally. Physical Review C, 109(4).
Kireyeu, V.; Coci, G.; Gläßel, S.; Aichelin, J.; Blume, C. & Bratkovskaya, E.
