Production of neutral strange hadrons with high transverse momentum in Pb+Pb collisions at 158 A GeV

The motivation for studying ultrarelativistic heavy ion collisions is to search for signatures of a transition from hadronic matter to a partonic phase, the Quark-Gluon plasma. The bulk of the particles produced in these collisions possesses transverse momenta of pT = 2 GeV/c clearly indicates that the hydrodynamical picture is not valid in the higher range any more. Unfortunately, no calculations from coalescence models are available for the SPS energy range so far.In dieser Arbeit wird die Produktion seltsamer neutraler Teilchen mit hohen Transversalimpulsen in Pb+Pb Reaktionen bei 158A GeV untersucht. Diese Analyse basiert auf Daten, die mit dem Experiment NA49 am europäischen Teilchenlabor CERN aufgenommen wurden. Das Standardmodell der grundlegenden Teilchen und Kräfte stellt den heutigen Stand der Suche nach den Grundbausteinen der Natur dar. Neben den Leptonen sind darin Quarks als Elementarteilchen dargestellt. Ausser diesen Teilchen kennt das Standardmodell vier grundlegende Kräfte: Die starke, elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung werden im Standardmodell durch Quanten-Feldtheorien beschrieben, d.h. sie wirken durch den Austausch von Vektorbosonen. Die vierte Kraft, die Gravitation, wirft noch Fragen auf. Im Gegensatz zu den Leptonen kommen Quarks in der Regel nicht einzeln vor, sondern nur in gebundenen Zuständen, den Hadronen. Das liegt an den Besonderheiten der Kraft, die zwischen den Quarks wirkt: der starken Wechselwirkung. Sie ist die einzige unter den vier Kräften, deren Stärke nicht mit dem Abstand abnimmt. Das liegt daran, dass ihre Austauschteilchen, die Gluonen, selber eine Ladung tragen und damit selbst der starken Wechselwirkung unterliegen. Dies führt zum Einschluss der Quarks in Hadronen, dem confinement. Die relativistische Schwerionenphysik befasst sich mit der Suche nach einem neuen Zustand hadronischer Materie, dem Quark-Gluon-Plasma. Man geht heute davon aus, dass dieser Zustand am Anfang unseres Universums bestand, bis etwa 10 exp (-5 ) s nach dem Urknall, als Dichte und Temperatur des Universums so groß waren, dass Hadronen keinen Bestand haben konnten und sich statt dessen Quarks und Gluonen frei bewegen konnten. Die Hadronen die sich nach der Abk¨uhlung dieses Zustandes bildeten, haben im Wesentlichen bis heute, 12 Milliarden Jahre nach dem Urknall Bestand. Nur im Inneren von Neutronensternen erwarten Physiker eine Dichte die so hoch ist, dass die Neutronen überlappen und ein Quark-Gluon-Plasma bilden. Eine Möglichkeit, diesen Zustand experimentell zu untersuchen, bieten Schwerionenkollisionen bei hoch-relativistischen Energien. Dazu werden z.B. im Beschleuniger SPS am CERN Bleikerne auf eine Energie von 158A GeV gebracht. Die von verschiedenen Experimenten dieses SPS-Schwerionenprogramms 2000 verkündete Entdeckung eines neuen Materiezustandes basierte auf einer Vielzahl von Messwerten, die ein Gesamtbild des Quark-Gluon-Plasma zeichneten. Später durchgeführte Experimente bei höheren Energien am RHIC-Beschleuniger brachten andere Observable ins Spiel, die dieses Bild ergänzen können. Die meisten in Schwerionenkollisionen produzierten Hadronen stammen aus Stößen mit geringem Impulsübertrag und weisen deshalb einen Transversalimpuls (senkrecht zur ursprünglichen Strahlrichtung) von pT < 1.5 GeV/c auf. Für den Bereich höherer Transversalimpulse kommen verschiedene Mechanismen zur Hadronisierung in Frage. Ein am RHIC beobachtetes Ansteigen der Verhältnisse von Baryonen zu Mesonen wird als Anzeichen für Hadronisierung durch Rekombination von Quarks erklärt. Das Experiment NA49 wurde dafür konzipiert, den hadronischen Endzustand von Schwerionenkollisionen zu untersuchen. Es hat eine große Akzeptanz, die es ermöglicht etwa 70% der tausenden von geladenen Teilchen, die in jeder Kollision entstehen, zu vermessen. Neutrale seltsame Teilchen, wie die in der vorliegenden Arbeit untersuchten K0 S und Lambda werden über ihren schwachen Zerfall in zwei geladene Teilchen identifiziert. Die V-Form der Tochterspuren gibt ihnen den Namen V 0-Teilchen. Die Analyse beruht auf der Rekonstruktion der invarianten Masse der V 0-Teilchen in einzelnen Bereichen des Phasenraums aus den Zerfallsprodukten. Die Reichweite in pT für diese Methode ist nur durch die statistische Häufigkeit, die mit pT stark abnimmt, beschränkt. Ein wichtiger Bestandteil dieser Analyse ist es, die Menge der V 0-Kandidaten durch geeignete Kriterien (“cuts”) so einzugrenzen, dass falsche Kombinationen unterdrückt werden. Gleichzeitig muss darauf geachtet werden, durch diese cuts das Signal so wenig wie möglich zu treffen. Der Anteil der Teilchen, die wegen der geometrischen Akzeptanz des Experiments oder durch Ineffizienzen in der Analyse nicht gemessen wurden, wird durch eine Simulation ermittelt. Daraus werden für jeden Bereich des Phasenraums Korrekturfaktoren ermittelt, um die gemessenen Rohwerte in korrigierte Spektren umzurechnen. Das aus diesen korrigierten Spektren berechnete Verhältnis K0 S/Lambda gleicht qualitativ den Messungen am RHIC und bestärkt die anderen Hinweise darauf, dass bei den höchsten am SPS verfügbaren Energien ein Quark-Gluon-Plasma erreicht wird