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Production of (anti-)$^3$He and (anti-)$^3$H in p--Pb collisions at $\sqrt{\textit{s}_{\mathrm{NN}}}$~=~5.02 TeV measured with ALICE at the LHC

Hornung, Sebastian

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In high-energy ion collisions, a medium governed by strong interactions is created and can be investigated via the particles produced during the evolution of this medium. Also light \mbox{(hyper-)}\linebreak[0]nuclei and their antiparticles are produced. The underlying production mechanism is not understood but usually described employing two different types of phenomenological models, the coalescence and the statistical hadronization model. The transverse-momentum differential production yields of (anti-)helium-3 and (anti-)triton measured in proton--lead collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV with ALICE at the LHC are presented which complement the measurements in proton--proton and lead--lead collisions. The measurements confirm a smooth evolution of the production yields with the size of the produced medium. For the first time, a direct comparison of statistical hadronization and coalescence model predictions with data is performed for the coalescence parameter and the $^3$He-to-proton yield ratio. In contrast to the expectation of the coalescence model, the coalescence parameter obtained from the measurement of (anti-)$^3$He increases with transverse momentum. A new observable, the $^3$H-to-$^3$He yield ratio, is measured and its capability to distinguish between models is discussed. In addition, an upper limit on the production of $^4\overline{\mathrm{He}}$ nuclei based on the non-observation of candidates is reported.

Translation of abstract (German)

In hochenergetischen Ionenkollisionen entsteht ein Medium, das von der starken Wechselwirkung beherrscht wird und welches durch Teilchen untersucht werden kann, welche im Zuge der Entwicklung dieses Mediums entstehen. Unter anderem werden auch leichte Atomkerne, Hyperkerne und ihre Antiteilchen produziert. Der zugrunde liegende Produktionsmechanismus ist nicht verstanden, wird aber häufig unter Verwendung von zwei verschiedenen Arten phänomenoclogischer Modelle beschrieben, dem Koaleszenz- oder dem statistischen Hadronisierungsmodell. Die transversalimpulsabhängigen Produktionsraten von (Anti-)Helium-3 und (Anti-)Tritonen in Proton-Blei-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie pro Nukleonenpaar von 5.02 TeV wurden mit Hilfe des ALICE Detektors am LHC gemessenen. Diese ergänzen die Messungen in Proton-Proton- und Blei-Blei-Kollisionen. Die Messungen bestätigen eine gleichmäßige Entwicklung der Produktionsrate mit der Größe des in der Kollision entstandenen Mediums. Zum ersten Mal wird ein direkter Vergleich der Vorhersage des statistischen Hadronisierungs- und des Koaleszenzmodells mit den experimentellen Ergebnissen für den Koaleszenzparameter und das Verhältnis der Produktionsraten von $^3$He und Protonen durchgeführt. Im Gegensatz zur Erwartung des Koaleszenzmodells, nimmt der aus der Messung von (Anti-)$^3$He erhaltene Koaleszenzparameter mit dem Transversalimpuls zu. Eine neue beobachtbare Größe, das Verhältnis der Produktionsraten von $^3$H zu $^3$He, wird gemessen und ihr Potenzial zur Unterscheidung zwischen den Modellen diskutiert. Außerdem wird eine Obergrenze für die Produktionsrate von $^4\overline{\mathrm{He}}$-Kernen bestimmt, die auf der Nichtbeobachtung entsprechender Kandidaten beruht.

Document type: Dissertation
Supervisor: Masciocchi, Prof. Dr. Silvia
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 13 July 2020
Date Deposited: 17 Jul 2020 10:04
Date: 2020
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
DDC-classification: 530 Physics
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