Conditii experimentale pentru crearea de stari anomale in ciocniri nucleare relativiste

Conditii experimentale pentru crearea de stari anomale in ciocniri nucleare relativiste

Aparitia unor stari si fenomene anomale in materia nucleara fierbinte si densa formata prin ciocniri nucleare relativiste poate fi legata de cresterea semnificativa a unor marimi fizice care descriu comportarea acestei in regiunea participanta, cum ar fi: temperatura nucleara si densitatea nucleara. Avand in vedere faptul ca dimensiunile regiunii participante sunt determinate de geometria si energia ciocnirii este importanta stabilirea comportarii fiecarei marimi fizice de interes in functie de parametrul de ciocnire si energia de ciocnire. Sunt eliminate astfel fluctuatiile geometrice. Prin asigurarea unor statistici mari pentru datele experimentale se vor putea elimena si fluctuatiile statistice. Eliminarea fluctuatiilor statistice si geometrice va permite evidentierea clara a fluctuatiilor dinamice in marimile fizice de interes. Acest tip de fluctuatii determina originea starilor si fenomenelor anomale.

La energii de cativa GeV/A este posibil ca multe din gradele de libertate ale cuarcilor si gluonilor sa nu fie excitate, in timp ce gradele de liberate ale barionilor si mezonilor sunt complet excitate. La aceste energii temperaturile nucleare caractersitice la emisia diferitelor tipuri de hadroni sunt, in general, de ordinul de marime sau sub masa de repaus a mezonului p (m_p = 139.6 MeV/c²

Densitatea barionica, la aceleasi energii, se presupune a fi mai mare decat densitatea barionica normala, r_o = 0.17 Fm^-3 [3-9]. În ciocniri nucleu-nucleu la aceste energii se pot manifesta gradele de libertate colective. Calculul densitatii este legat de imaginea participanti-spectatori, in ipoteza ca energia in sistemul centrului de masa al participantilor este folosita pentru crearea regiunii centrale fierbinti si dense - denumita, in general, in aceast curs regiune participanta, sursa de particule sau 'fireball' ("sfera fierbinte"). Posibile stari anomale pot apare in timpul formarii si expansiunii regiunii participante printre regiunile spectatoare.

Participantii, sau nucleonii participanti, se definesc, asa cum s-a aratat in partea a doua a cursului, ca nucleonii din afara sferelor Fermi de fragmentare a nucleului incident si a nucleului tinta [9-13]. Estimarea numarului de fragmente cu sarcina care participa in ciocnire se face pe baza unei relatii de forma urmatoare:

. (IV.1)

Aici, n_ch este multiplicitatea totala a particulelor si fragmentelor cu sarcina, este multiplicitatea pionilor negativi, n_P^s este numarul de fragmente 'spectator' ale nucleului incident, iar n_T^s este numarul de fragmente 'spectator' ale nucleului tinta. Pentru stabilirea numarului de protoni participanti se face ipoteza ca fragmentele au sarcina egala cu unitatea si se identifica marimea Q, definita prin ecuatia (IV.1), cu numarul de protoni participanti. Ipoteza este corecta daca numarul fragmentelor cu sarcina mare este foarte mic [3,4,9-13]. În multe situatii de interes se foloseste numarul de nucleoni participanti. El este determinat din numarul de protoni participanti, prin urmatoarea relatie de legatura, relatie indrodusa in ipoteza conservarii sarcinii si a numarului de nucleoni in cele doua nuclee care se ciocnesc si in regiunea lor de suprapunere [3-5]:

, (IV.2)

unde A_P este numarul de masa al nucleului incident, A_T este numarul de masa al nucleului tinta, Z_P este numarul atomic al nucleului incident, iar Z_T este numarul atomic al nucleului tinta.

Densitatea barionica, pentru diferite momente din evolutia in timp a regiunii participante, se defineste printr-o relatie de forma:

, (IV.3)

unde V(t) este volumul regiunii participante la momentul de timp considerat. Pentru cunoasterea valorii experimentale a acestei marimi este necesara determinarea dimensiunilor regiunii participante. Interferometria de particule identice poate oferi informatii asupra caracteristicilor spatio-temporale ale sursei de particule. De aceea, densitatea barionica se poate determina experimental pentru diferite momente din evolutia regiunii participante. Asa cum s-a vazut in partea a doua a cursului, aceste momente sunt determinate de particulele folosite in interferometrie.

Denistatea de energie depinde de valorile densitatii barionice la diferite momente din evolutia regiunii participante. Se poate scrie sub forma urmatoare:

. (IV.4)

Pentru conditii normale valorile densitatii barionice si densitatii de energie sunt r_o = 0.17 Fm^-3, respectiv, e_o=125 MeV/Fm³. Trebuie mentionat faptul ca densitatea de energie in interiorul unui nucleon este mai mare decat in interiorul nucleului. În acest caz valoarea este de circa 440 MeV/Fm³ . Valorile anterioare pot varia usor in functie de valoarea parametrului r_o folosit in estimarea razei nucleare

Si in cazul densitatii de energie, ca si in cazul densitatii barionice, este necesara cunoasterea caracterisiticilor spatio-temporale ale sursei de particule. Asa cum se mentiona, cea mai folosita metoda de determinare experimentala a caracteristicelor spatio-temporale ale unei surse de particule (regiuni participante) este interferometria particulelor identice [14-17]. Metoda se bazeaza pe interferenta intensitatilor atunci cand sunt detectate particule identice in puncte spatio-temporale diferite (puncte de energie-impuls diferite) si a fost introdusa, initial, in Astronomie de catre Hanbury-Brown si Twiss [14]. Ei au masurat diametrul unei stele folosind corelatiile dintre doi fotoni. Acest tip de interferometrie se mai numeste si interferometrie de intensitate, iar fenomenul de corelatie spatio-temporala a particulelor identice detectate emise de o sursa de particule extinsa mai este cunoscut ca efect Hanbury-Brown si Twiss [15].

Interferometria de intensitate permite studiul starilor coerente [16] si a fost aplicata in domeniul Fizicii particulelor elementare in diferite moduri si pentru perechi de particule identice numeroase [17-26]. În functie de natura particulelor folosite se pot obtine informatii asupra dimensiunilor regiunii participante la diferite momente din evolutia sa [23-26].

Deoarece interferometria de intensitate permite studiul starilor coerente multe eforturi se fac in prezent pentru obtinerea de informatii asupra parametrului de haos din functia de corelatie [27-29]. De aceea, aceste aspecte sunt deosebit de utile in cunoasterea starilor si fenomenelor anomale, precum si a tranzitiilor de faza in materia nucleara.