Observation of the antimatter helium-4 nucleus

High-energy nuclear collisions create an energy density similar to that of the Universe microseconds after the Big Bang(1); in both cases, matter and antimatter are formed with comparable abundance. However, the relatively short-lived expansion in nuclear collisions allows antimatter to decouple quickly from matter, and avoid annihilation. Thus, a high-energy accelerator of heavy nuclei provides an efficient means of producing and studying antimatter. The antimatter helium-4 nucleus ((4)(He) over bar), also known as the anti-alpha ((alpha) over bar), consists of two antiprotons and two antineutrons (baryon number B = -4). It has not been observed previously, although the alpha-particle was identified a century ago by Rutherford and is present in cosmic radiation at the ten per cent level(2). Antimatter nuclei with B -1 have been observed only as rare products of interactions at particle accelerators, where the rate of antinucleus production in high-energy collisions decreases by a factor of about 1,000 with each additional antinucleon(3-5). Here we report the observation of (4)<(He) over bar, the heaviest observed antinucleus to date. In total, 18 (4)(He) over bar counts were detected at the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC; ref. 6) in 10(9) recorded gold-on-gold (Au+Au) collisions at centre-of-mass energies of 200 GeV and 62 GeV per nucleon-nucleon pair. The yield is consistent with expectations from thermodynamic(7) and coalescent nucleosynthesis(8) models, providing an indication of the production rate of even heavier antimatter nuclei and a benchmark for possible future observations of (4)(He) over bar in cosmic radiation.

Energy and system size dependence of phi meson production in Cu plus Cu and Au plus Au collisions

We study the beam-energy and system-size dependence of phi meson production (using the hadronic decay mode phi -> K(+) K(-)) by comparing the new results from Cu + Cu collisions and previously reported Au + Au collisions at root s(NN) = 62.4 and 200 GeV measured in the STAR experiment at RHIC. Data presented in this Letter are from mid-rapidity (vertical bar y vertical bar < 0.5) for 0.4 < p(T) < 5 GeV/c. At a given beam energy, the transverse momentum distributions for phi mesons are observed to be similar in yield and shape for Cu + Cu and Au + Au colliding systems with similar average numbers of participating nucleons. The phi meson yields in nucleus-nucleus collisions, normalized by the average number of participating nucleons, are found to be enhanced relative to those from p + p collisions. The enhancement for phi mesons lies between strange hadrons having net strangeness = 1 (K(-) and <(A)over bar>) and net strangeness = 2 (Xi). The enhancement for phi mesons is observed to be higher at root s(NN) = 200 GeV compared to 62.4 GeV. These observations for the produced phi(s (s) over bar) mesons clearly suggest that, at these collision energies, the source of enhancement of strange hadrons is related to the formation of a dense partonic medium in high energy nucleus-nucleus collisions and cannot be alone due to canonical suppression of their production in smaller systems. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Limitation of double folding potentials to simulate the polarization in reactions involving halo nuclei

In this work, we investigate the limitation of the use of strength coefficients on double folding potentials to study the presence of the threshold anomaly in the elastic scattering of halo nuclei at near barrier energies. For this purpose, elastic angular distributions and reaction cross sections for the He-6 on Bi-209 are studied. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

psi ` to J/psi ratio measurements in PHENIX at RHIC

The ratio of the psi` over the J psi production cross section in the dielectron channel has been measured in root s = 200 GeV p + p collisions with the PHENIX detector at RHIC. The analysis is based on fitting of the dielectron invariant mass spectra in the area around the J psi and psi` signals in order to extract a ratio psi` over J psi of 0.019 +/- 0.005 (stat) +/- 0.002 (sys) and a fractional feed-down contribution to J psi from psi` of 8.6 +/- 2.5%.

Efeitos de alta densidade em processos Drell-Yan de altas energias

Um dos problemas teóricos mais importantes da Física de Partículas de Altas Energias é a investigação de efeitos de alta densidade na Cromodinâmica Quântica (QCD), que é a teoria que descreve as interações fortes. Tais efeitos são importantes pois determinam os observáveis em colisõesde altas energias. Em processos hadrônicos de energia suficientemente alta, espera-se a formação de sistemas densos o suficiente para que efeitos não lineares de QCD passem a ser significativos na descrição e na unitarização da seção de choque. Na descrição de processos de espalhamento de altas energias, evidências experimentais indicam que os hádrons são constituídos por partículas puntuais, as quais chamamos de pártons. Os pártons carregam uma fração x do momentum total do hádron, e são de dois tipos, quarks e glúons. Na interação entre as partículas ocorre a troca de momentum, definida como Q2. A descrição perturbativa padrão para a evolução dinâmica das distribuições de quarks q(x, Q2) e glúons g(x, Q2), pode ser dada pelas equações de evolução DGLAP, e tem obtido sucesso na descrição dos resultados experimentais para as presentes energias. Na evolução DGLAP, são considerados apenas processos de emissão, como a emissão de um glúon por um quark, o decaimento de um glúon em um par de quarks ou em um par de glúons Estes processos de emissão tendem a aumentar a densidade de pártons na região de pequeno momentum, levando a um crescimento ilimitado das distribuições partônicas para x -+ O. Assim, é esperado que o crescimento da densidade de pártons leve a interação e recombinação destas partículas, dando origem a termos não lineares nas equações de evolução. O resultado seria um processo de saturação das distribuições de pártons na região de alta energia e pequena fração de momentum. Os efeitos que dão origem à redução do crescimento das distribuições de quarks e glúons em relação a evolução linear são chamados genericamente de efeitos de sombreamento. Um dos aspectos fenomenológicosinteressantes a ser investigado no regime cinemático abordado acima é o processo Drell-Yan de alta energia, o qual consiste em processos de espalhamento pp, pA e AA com a produção de pares de léptons. Com o advento dos novos aceleradores, novos resultados experimentais estarão disponíveis na literatura relacionados com este processo. Em nosso trabalho investigamos os efeitos das correções de unitariedade em processos pp, bem como os efeitos devido a presença do meio nuclear em colisõespA e AA, nas distribuições de quarks e glúons, para a descrição da seção de choque diferencial para o processo Drell-Yan em colisõespp, pA e AA, para energias existentes nos novos aceleradores RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) e LHC (Large Ion Collider). Os efeitos de alta densidade são baseados no formalismo de Glauber-Mueller. Os resultados aqui apresentados mostram que os efeitos de alta densidade nas distribuições partônicas são importantes para altas energias, pois a descrição da seção de choque para o processo Drell-Yan, quando os efeitos de alta densidade são considerados, apresenta significativas diferenças da descrição onde não considera-se tais efeitos.

Novas fases amorfas de carbono produzidas por irradiação iônica de filmes de C/sub 60/, [alfa]-C e [alfa]-C:H

Neste trabalho estuda-se a formação de novas fases de carbono amorfo através da irradiação iônica de filmes de fulereno, a-C e a-C:H polimérico. Os efeitos da irradiação iônica na modificação das propriedades ópticas e mecânicas dos filmes de carbono irradiados são analisados de forma correlacionada com as alterações estruturais a nivel atômico. O estudo envolve tanto a análise dos danos induzidos no fulereno pela irradiação iônica a baixas fluências, correspondendo a baixas densidades de energia depositada, quanto a investigação das propriedades físico-químicas das fases amorfas obtidas após irradiações dos filmes de fulereno, a-C e a-C:H com altas densidades de energia depositada. As propriedades ópticas, mecânicas e estruturais das amostras são analisadas através de técnicas de espectroscopia Raman e infravermelho, espectrofotometria UV-VIS-NIR, microscopias ópticas e de força atômica, nanoindentação e técnicas de análise por feixe de íons, tais como retroespalhamento Rutherford e análises por reação nuclear. As irradiações produzem profundas modificações nas amostras de fulereno, a-C e a-C:H, e por conseqüência significativas alterações em suas propriedades ópticas e mecânicas. Após máximas fluências de irradiação fases amorfas rígidas (com dureza de 14 e 17 GPa) e com baixos gaps ópticos (0,2 e 0,5 eV) são formadas. Estas estruturas não usuais correspondem a arranjos atômicos com 90 a 100% de estados sp2. Em geral fases sp2 são planares e apresentam baixa dureza, como predito pelo modelo de “cluster”. Entretanto, os resultados experimentais mostram que as propriedades elásticas das novas fases formadas são alcançadas através da criação de uma estrutura sp2 tridimensional. A indução de altas distorções angulares, através da irradiação iônica, possibilita a formação de anéis de carbono não hexagonais, tais como pentágonos e heptágonos, permitindo assim a curvatura da estrutura. Utilizando um modelo de contagem de vínculos é feita uma análise comparativa entre a topologia (estrutura geométrica) de ligações C-sp2 e as propriedades nanomecânicas. São comparados os efeitos de estruturas sp2 planares e tridimensionais (aleatórias) no processo de contagem de vínculos e, conseqüentemente, nas propriedades elásticas de cada sistema. Os resultados mostram que as boas propriedades mecânicas das novas fases de carbono formadas seguem as predições do modelo de vínculos para uma rede atômica sp2 tridimensional. A formação de uma fase amorfa dura e 100% sp2 representa uma importante conquista na procura de novas estruturas rígidas de carbono. A síntese da estrutura desordenada sp2 tridimensional e vinculada aqui apresentada é bastante incomum na literatura. O presente trabalho mostra que o processo de não-equilíbrio de deposição de energia durante a irradiação iônica permite a formação de distorções angulares nas ligações sp2-C, possibilitando a criação de estruturas grafíticas tridimensionais.

Dynamics of the deconfinement transition of quarks and gluons in a finite volume

We employ finite elements methods for the approximation of solutions of the Ginzburg-Landau equations describing the deconfinement transition in quantum chromodynamics. These methods seem appropriate for situations where the deconfining transition occurs over a finite volume as in relativistic heavy ion collisions. where in addition expansion of the system and flow of matter are important. Simulation results employing finite elements are presented for a Ginzburg-Landau equation based on a model free energy describing the deconfining transition in pure gauge SU(2) theory. Results for finite and infinite system are compared. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nonlocal description of the nuclear interaction

Extensive systematizations of theoretical and experimental nuclear densities and of optical potential strengths extracted from heavy-ion elastic scattering data analyses at low and intermediate energies are presented. The energy-dependence of the nuclear potential is accounted for within a model based on the nonlocal nature of the interaction. The systematics indicates that the heavy-ion nuclear potential can be described in a simple global way through a double-folding shape, which basically depends only on the density of nucleons of the partners in the collision. The possibility of extracting information about the nucleon-nucleon interaction from the heavy-ion potential is investigated.

Back-to-back correlations for finite expanding fireballs

Back-to-back correlations of particle-antiparticle pairs are related to the in-medium mass-modification and squeezing of the quanta involved. They are predicted to appear when hot and dense hadronic matter is formed in high energy nucleus-nucleus collisions. The survival and magnitude of the back-to-back correlations (BBC) of boson-antiboson pairs generated by in-medium mass modifications are studied here in the case of a thermalized, finite-sized, spherically symmetric expanding medium. We show that the BBC signal indeed survives the finite-time emission, as well as the expansion and flow effects, with sufficient intensity to be observed at BNL Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC).

The omega DD vertex in a sum rule approach

The study of charmonium dissociation in heavy ion collisions is generally performed in the framework of effective Lagrangians with meson exchange. Some studies are also developed with the intention of calculate form factors and coupling constants related with charmed and light mesons. These quantifies are important in the evaluation of charmonium cross sections. In this Letter we present a calculation of the omega DD vertex that is a possible interaction vertex in some meson-exchange models spread in the literature. We used the standard method of QCD sum rules in order to obtain the vertex form factor as a function of the transferred momentum. Our results are compatible with the value of this vertex form factor (at zero momentum transfer) obtained in the vector-meson dominance model. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nonequilibrium dynamics of quantum fields

The nonequilibrium effective equation of motion for a scalar background field in a thermal bath is studied numerically. This equation emerges from a microscopic quantum field theory derivation and it is suitable to a Langevin simulation on the lattice. Results for both the symmetric and broken phases are presented.

Contrasting continuous emission versus freeze-out via HDT

The effect of continuous emission hypothesis on the two-pion Bose-Einstein correlation is discussed and compared with the corresponding results based on the usual freeze-out ansatz. Sizable differences in the correlation function are observed when comparing these two scenarios of the decoupling process. They could lead to entirely different interpretation of properties of the hot matter formed in high-energy heavy-ion collisions.

Renormalization in few-body nuclear physics

Renormalized fixed-point Hamiltonians are formulated for systems described by interactions that originally contain point-like singularities (as the Dirac-delta and/or its derivatives). They express the renormalization group invariance of quantum mechanics. The present approach for the renormalization scheme relies on a subtracted T-matrix equation.

Squeezed fermions and back-to-back correlations

Back-to-back correlations of asymptotic fermion-anti-fermion pairs appear if in-medium interactions lead to mass modifications of fermion states in a thermalized medium. The back-to-back correlations of protons and anti-protons will be experimentally observable in ultrarelativistic heavy ion collisions. The strength of back-to-back correlations of fermions can be unlimitedly large, diverging as the momentum of the pair increases and the net baryon density decreases.

Kaon condensation and lambda-nucleon loop in the relativistic mean-field approach

The possibility of kaon condensation in high-density symmetric nuclear matter is investigated including both s- and p-wave kaon-baryon interactions within the relativistic mean-field (RMF) theory. Above a certain density, we have a collective (D) over bar (S) state carrying the same quantum numbers as the antikaon. The appearance of the (K) over bar (S) state is caused by the time component of the axial-vector interaction between kaons and baryons. It is shown that the system becomes unstable with respect to condensation of K-(K) over bar (S) pairs. We consider how the effective baryon masses affect the kaon self-energy coming from the time component of the axial-vector interaction. Also, the role of the spatial component of the axial-vector interaction on the possible existence of the collective kaonic states is discussed in connection with A-mixing effects in the ground state of high-density matter: Implications of K (K) over bar (S) condensation for high-energy heavy-ion collisions are briefly mentioned. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.