Seltsamkeitsproduktion in ultrarelativistischen p+p-Kollisionen bei 158 GeV

Die Rekonstruktion der zeitlichen Evolution des Universums sowie der Komposition stellarer Objekte setzt die genaue Kenntnis des Verhaltens von Kernmaterie unter extremen Bedingungen voraus. Experimentell ist in ultrarelativistischen Schwerionenkollisionen die Erzeugung eines Zustandes hochdichter stark wechselwirkender Kernmaterie denkbar, in dem der Einschluss von Quarks und Gluonen in Hadronen aufgehoben ist (Quark-Gluon- Plasma). Ein solcher ¨Ubergang von hadronischer Materie in eine partonische Phase wird in der fr¨uhen Anfangsphase des Universums sowie im Innern von Neutronensternen vermutet. Die Formation eines Quark-Gluon-Plasmas soll dabei mit Hilfe geeigneter Obersvablen des gemessenen Endzustandes nachgewiesen werden. Das NA49-Experiment am CERN-SPS erlaubt die Messung einer Vielzahl hadronischer Observablen in hochenergetischen Kollisionen verschiedener Stoßsysteme und Einschussenergien. Eine relative Erh¨ohung der Produktion seltsamer Hadronen in Schwerionenreaktionen im Vergleich zu elementaren protoninduzierten Kollisionen gilt als eine der evidentesten Signaturen eines Quark-Gluon-Plasmas. Dies motiviert eine differenzierte Untersuchung von Nukleon-Nukleon-Reaktionen als solide Basis f¨ur weitere Diskussionen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Seltsamkeitsproduktion ultrarelativistischer Proton-Proton-Kollisionen bei 158 GeV analysiert. Die Analyse basiert auf insgesamt 2.26 Millionen Ereignissen, die 1996 und 1999 mit dem NA49-Detektorsystem aufgenommen wurden. Erstmals wurde dabei auch die Produktion doppelt seltsamer Hyperonen in elementaren p+p-Reaktionen bei einer Schwerpunktenergie von √ s = 17.4 GeV untersucht, die als direkte Referenzdaten eine pr¨azise Aussage ¨uber den Grad der Seltsamkeitserh¨ohung in Schwerionenkollisionen zulassen. Neutrale und doppelt seltsame Hadronen werden durch die Rekonstruktion ihrer geladenen Zerfallsprodukte in den vier großvolumigen hochaufl¨osenden Spurendriftkammern ¨uber einen weiten Phasenraumbereich detektiert. Zur Generierung der Transversalimpulsspektren und Rapidit¨atsverteilungen wurde eine kombinatorische Analyse durchgef¨uhrt, die durch Applikation geeigneter Qualit¨atskriterien eine Optimierung des Signal-zu-Untergrund-Verh¨altnisses zuließ. Die nach Korrekturen auf die geometrische Detektorakzeptanz und Ineffizienzen des Rekonstruktionsverfahrens extrahierten Signale decken Rapidit¨atsintervalle von yK0S ∈ [1.9; 4.4[, yΛ ∈ [1.4; 4.4[ und yΛ ∈ [1.4; 3.4[ sowie yΞ−+Ξ + ∈ [1.7; 4.1[ mit Transversalimpulsen von 0–1.4 GeV/c ab. Die Analyse der Transversalimpulsspektren ergab f¨ur alle Teilchenspezies inverse Steigungsparameter, die mit der Hagedorn-Temperatur eines idealen Hadrongases im thermischen Modell von T ≈ 150–160 MeV konsistent sind. Ein Vergleich der Rapidit¨atsverteilungen neutraler seltsamer Hadronen mit Resultaten aus Messungen fr¨uherer Experimente zeigt eine gute ¨Ubereinstimmung. Die Form der Verteilungen konnte reproduziert und die statistischen und systematischen Fehler erheblich reduziert werden. Die ermittelten 4π-Multiplizit¨aten von K0S = 0.194 ± 0.013, Λ = 0.115 ± 0.012 und Λ = 0.0148 ± 0.0019 f¨ugen sich gut in die Systematik der totalen Multiplizit ¨aten seltsamer Hadronen ein. Eine Absch¨atzung der Gesamtmultiplizit¨at doppelt seltsamer Hyperonen ergab Ξ− = 0.00211 ± 0.00018 und Ξ + = 0.000745 ± 0.000099 und best¨atigt Vorhersagen aus Interpolationen von Messungen anderer Energieregimes. Sowohl die gemessenen Multiplizit¨aten als auch die Relationen der differentiellen Wirkungsquerschnitte der produzierten Teilchenspezies zueinander werden durch verschiedene mikroskopische und makroskopische Modellrechnungen best¨atigt. Die Resultate dieser Arbeit erm¨oglichen die Diskussion einer erh¨ohten Produktion seltsamer Hadronen. Aus einem Vergleich der Rapidit¨atsdichten zentraler Pb+Pb- Reaktionen mit denen der mit der Anzahl der Partizipanten skalierten p+p-Daten resultiert eine erh¨ohte Seltsamkeitsproduktion neutraler seltsamer Hadronen um den Faktor ≈ 2 sowie doppelt seltsamer Hyperonen um einen Faktor 6–10.