Compararea predictiilor modelelor de cascada intranucleara cu rezultatele experimentale

Compararea predictiilor modelelor de cascada intranucleara cu rezultatele experimentale

Principalele predictii ale modelelor de cascada intranucleara sunt legate de rata de echilibrare, rata de expansiune si extinderea in spatiul fazelor. Se pot obtine, de asemenea, informatii asupra producerii diferitelor tipuri de particule si sectiunilor eficace. Conexiuni importante cu ecuatia de stare a materiei nucleare, multiplicitatile pionice siobservaile legate de fenomene de curgere si stopare a materiei nucleare pot fi stabilite in diferitele variante ale modelelor de cascada intranucleara

Exista un numar mare de predictii ale diferitelor variante de model de cascada intranucleara pentru o varietate mare de nuclee incidente si nuclee tinta, intr-un domeniu energetic larg (0.4 A GeV-4.5 A GeV ), dar exista un numar ceva mai mic de comparatii directe cu rezultatele experimentale. Printre ciocnirile nucleare relativiste ale caror rezultate experimentale au fost comparate cu predictiile corespunzatoare ale modelelor de cascada intranucleara se numara: Ne-NaF la energiile de 0.4 A GeV, 0.8 A GeV, 2.1 A GeV, Ar-Ar la energia de 0.8 A GeV, Ne-U la energia de 0.4 A GeV, Ar-Ca la energia de 1.2 A GeV ciocniri la energiile specifice IUCN Dubna s.a.

Pentru spectrele protonilor modelele de cascada intranucleara prevad scaderi exponentiale la unghiuri in jur de 90⁰, in sistemul centrului de masa. Aceasta comportare este determinata de ipoteza aleatorizarii complete a miscarii nucleonilor in regiunea de suprapunere a nucleelor care se ciocnesc prin numarul mare de ciocniri care se produc in cascadele intranucleare care apar. Rezultatele experimentale prezinta un "umar" in spectrele de impuls ale protonilor. De asemenea, distributiile unghiulare experimentale ale protonilor, in sistemul centrului de masa - care ar trebui sa fie izotrope, conform ipotezelor specifice modelelor de cascada intranucleara - prezinta anizotropie. Gradul de anizotropie este determinat si de simetria dintre nucleele care se ciocnesc, de parametrul de ciocnire si de energia de ciocnire.

Pentru o descriere corecta a comportarii protonilor, stabilita experimental, in unele modele de cascada intranucleara s-a introdus ipoteza aleatorizarii incomplete a miscarii nucleonilor din regiunea participanta. Au mai fost discutate aspecte legate de curgerea colectiva, de tip hidrodinamic, a materiei nucleare [89,90], influenta energiei de legatura, miscarea Fermi a nucleonilor in cele doua nuclee care se ciocnesc, blocarea Pauli, efectele repulsiei coulmbiene a protonilor s.a.

Asa cum se mentiona anterior, modelele de cascada intranucleara trateaza producerea de pioni prin ciconiri inelastice nucleon-nucleon. Majoritatea modelelor de cascada intranucleara introduc producerea de pioni prin intermediul rezonantelor barionice, in principal rezonanta . Indiferent de modul de introducere a rezonantelor barionice si de modul in care este considerata evolutia producerii de pioni toate modelele de cascada intranucleara supraestimeaza producerea acestora . În Fig.III.4 sunt prezentate sectiunile eficace inclusive invariante ale pionilor in functie de energia cinetica a pionilor, in sistemul laboratorului. Rezulatatele experimentale au fost obtinute la Bevatron-ul de la Lawrence Berkeley Laboratory in ciocniri Ar-Ar la 0.8 A GeV . Se constata ca forma spectrului experimental este relativ corect descrisa de modelul de cascada intranucleara propus de Cugnon, dar ca sunt mult supraestimate - mai ales in partea de impulsuri mari ale pionilor.

Fig.III.4 Sectiunile eficace inclusive invariante ale pionilor in functie de energia cinetica a pionilor, in sistemul laboratorului. Ciocnirea considerata este Ar-Ar la 0.8 A GeV. Calculele facute cu codul propus de J.Cugnon sunt reprezentate cu linie continua, iar rezultatele experimentale din lucrarea [95] prin puncte.

Compararea spectrelor experimentale ale pionilor negativi produsi in ciocniri centrale Ar-KCl la 1.8 A GeV cu predictiile codului de cascada intranucleara a lui Cugnon [77] conduce la o anizotropie prea mare la energii medii si inalte ale pionilor negativi produsi. Se reproduce forma spectrului de impuls, dar apar diferente semnificative pentru pionii negativi de impulsuri mari. Cele mai bune acorduri dintre calculele de model si rezultatele experimentale sunt obtinute cu modelele de cascada intranucleare - si codurile asociate lor - popuse de Gudima si Toneev pentru ciocniri nucleare la energii de 2.1 A GeV si 4.5 A GeV. Kitazoe si colaboratorii [94] au imbunatatit acordul dintre rezultatele experimentale si predictiile modelului lor luand in considerare diferite cai de formare a rezonantelor barionice si propunand si alte cai de producere a pionilor. Au fost impuse limitari pentru definirea legaturilor lor in diferite sisteme.

Analiza dependentei multiplicitatii medii a pionilor negativi de energia pe nucleon, in sistemul centrului de masa, a fascicului incident pentru ciocniri Ar-KCl - obtinute la Bevatron-ul de la Lawrence Berkeley Laboratory indica, de asemenea, o reproducere calitativa o formei dependentei si o supraestimare cantitativa, de pana de 2 ori, a valorilor experimentale (Fig.III.5). În varianta de model de cascada intranucleara folosita in acest caz [70,97 se considera producerea de rezonante barionice si moduri specifice de formare si dezintegrare a acestora, cum ar fi: , respectiv, .

Fig.III.5. Compararea dependentei multiplicitatii medii a pionilor negativi

de energia cinetica a fascicului incident, in ciocniri Ar-KCl, cu predictiile unor modele

Modelele de cascada intranucleara nu descriu cantitativ exact multiplicitatea medie a pionilor. Pentru imbunatatirea acordului au fost incluse aspecte noi. Printre cele mai importante se numara introducerea energiei de legatura. Aceasta ipoteza implica scaderea energiei disponibile in satrea initiala si, in consecinta, descresterea multiplicitatii particulelor generate si, in principal, a pionilor. O ipoteza de interes care ar trebui sa fie luata in considerare de catre modelele de acest tip este aceea ca o parte din energia disponibila este stocata, la sfarsitul etapei de compresie, in energie de comprimare. De aceasta ipoteza ar putea fi legata descrierea producerii unor particule cu stranieitate in modele de cascada intranucleara, cum ar fi kaoni si hiperonii. Producerea lor s-ar putea realiza in etapa de compresie si ei ar suferi numai cioaniri elastice. Ipoteza nu este confirmata cantitativ de compararea cu rezultatele experimentale (de exemplu, producerea de kaoni pozitivi in ciocniri Ne-NaF la 2.1 A GeV). Unele ipoteze suplimentae, precum existenta reimprastierii si considerarea unor canale de producere noi, cum ar fi cele de tipul p + N®K⁺ + X , ar putea imbunatatii acordul dintre predictiile de model si rezultatele experimentale.

Multe modele de cascada intranucleara inceraca sa ia in considerare ipoteze noi pentru a descrie cat mai corect producerea de particule in ciocniri nucleare relativiste, cu deosebire cea de pioni. Aceste ipooteze includ efectele campului mediu nuclear asupra starii initiale dar si efectele mediului nuclear asupra proprietatilor fundamentale ale unor particule elementare si rezonante. În ciuda acestor eforturi exista supraestimari ale producerii de pioni de catre modelele de cascada intranucleara. Ele descriu insa, cu deosebire cele realizate la IUCN Dubna [4 ], dependenta de numarul mediu de protoni participanti. Aceasta dependenta de tip liniar justifica consatnta raportului dintre cele doua marimi, gasita experimental [3 ] si discutata in partea a doua a cursului. Ea indica mecanisme de generare similare. De asemenea, multe din codurile asociate modelelor de cascada intranucleara dau o descriere corecta a largimii distributiei de multiplicitate a pionilor [70 ].

Pentru descrierea corecta a dinamicii ciocnirilor nucleare relativiste in multe variante de model de cascada intranucleara se considera corelatiile dintre particule. Printre particulele a caror corelare intereseaza se numara protonii. Rezultatele obtinute au indicat legaturi cu fenomene de tip hidrodinamic, cum ar fi efectul de "salt" ("bounce-off"), efectul de "improscare laterala" ("side-splash"). Marimea corelatiilor in aceste fenomene sunt legate de masura in care s-a atins  echilibrul in regiunea de suprapunere a nucleelor care se ciocnesc si de comportarea colectiva a materiei nucleare. Experimentele au evidentiat in unele din aceste ciocniri existenta unor mecanisme de interactie directa (cu deosebire, cele de "knock-out" [4 ]).

Nu toate modelele de cascada intranucleara includ astfel de fenomene. Cele care iau in considerare astfel de aspecte incearca sa faca o selectare dupa parametrul de ciocnire folosind taieri in multiplicitatea particulelor cu sarcina. Ca metoda de investigare a unor astfel de comportari, avand in vedere legaturile cu ecuatiile hidrodinamice, legaturi mentionate anterior, se foloseste analiza globala [15 -101]. Rezultatul includerii in codurile de cascada intranuclerara este acela al prevederii unei curgeri finite, dar valorile marimilor fizice de interes sunt sub sub valorile experimentale [87]. O prezentare a aspectelor legate de analiza globala se va face in cadrul capitolului consacrat modelelor hidrodinamice.

În lucrarea [102] a fost propusa o alta metoda de determinare a curgerii materiei nucleare. Ea implica studiere dependentei impulsului transversal mediu, proiectat pe planul reactiei reconstruit, al unei particule de rapiditatea acestei. Analiza se poate face pentru diferite taieri in multiplicitatea particulelor cu sarcina. Daca nu exista curgere impulsul transversal mediu este nul pentru toate rapiditatile. Si in cadrul acestei metode se obtin informatii asupra curgerii materiei nucleare formate, dar valorile marimilor fizice de interes prevazute de codurile de cascada intranucleara sunt mai mici decat valorile exeperimentale.