[論文レビュー] LAQGSM03.03 Upgrade and its Validation

S. G. Mashnik, K. K. Gudima+2 more|ArXiv.org|Sep 12, 2007

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 34被引用数 16

ひとこと要約

本稿では、MCNPX/6およびMARS15コードにおける核反応シミュレーションのためのロスアラモスクォークグルーオンストリングモデル（LAQGSM）のアップグレード版であるLAQGSM03.03を提示する。このモデルは、一貫性のある事前平衡、蒸発、分裂、フェルミ崩壊モデルを統合することで高エネルギー反応の記述を向上させ、140–200 GeV/nucleonの広いエネルギー範囲で多様な実験データと照合し、調整パラメータなしに測定された生成核種断面積およびスペクトルと強く一致することを示した。

ABSTRACT

This paper presents part of an internal LANL Progress Report on LAQGSM03.03, an upgrade of the Los Alamos version of the Quark-Gluon String Model event generator for MCNPX/6 and MARS15 transport codes and on its validation and testing against a large variety of recent measurements. We present here an analysis with LAQGSM03.03 of the recent PHENIX mid-rapidity spectra of pi+, pi-, K+, K-, p, and p-bar produced in ultra-relativistic p + p interactions at sqrt(s) = 200 GeV; GSI cross sections for the fragmentation of Pb208 at 1 GeV/nucleon on Be9; fragmentation cross sections of Si28 on H, C, Al, Cu, Sn, and Pb at energies from 290 to 1200 MeV/nucleon measred recently at HIMAC and BNL; recent HIMAC data on B, Be, Li, and He production cross sections from fragmentation of C12 on H, C, Al, Cu, Sn, and Pb at 290 and 400 MeV/nucleon; BNL data on fragmentation cross sections of Fe56 on H, C, Al, Cu, and Pb targets at 1.05 GeV/nucleon; recent pi+ and pi- spectra from 6.4, 12.3, and 17.5 GeV/c p + Be9 from the E910 BNL measurements; and fragmentation cross sections of Ca40, Ca48, Ni58, and Ni64 on Be9 and Ta181 at 140 MeV/nucleon, and of Kr86 at 64 MeV/nucleon on the same targets measured recently at NSCL-MSU and RARF-RIKEN, respectively.

研究の動機と目的

• 1テルバボルト/nucleonまで達するエネルギーにおける核反応の予測能力を向上させること。
• CEM03.02フレームワークに統合された事前平衡、蒸発、分裂、フェルミ崩壊モデルを統一することで、従来バージョンの不整合性を解消すること。
• 非物理的な軽い不安定核種（例：6B、6Be）が非対称分裂によって生成されるのを防ぐために、即時のフェルミ崩壊を強制すること。
• BNL、GSI、HIMAC、NSCL-MSU、RARF-RIKENの最新実験データを用いて、新しいモデルの妥当性を検証すること。
• 調整可能なパrameterを一切使用せず、基本的な物理法則と更新された断面積のみを用いて、モデルの予測能力を示すこと。

提案手法

• 3段階反応モデルを用いる：核内カスケード（INC）、事前平衡放射、生成核種からの蒸発／分裂。
• 連続的核密度とトラーリング効果を備えた、時間に依存する改良型ダブナ核内カスケードモデル（DCM）を採用し、動的核密度の減少を表現する。
• 4.5 GeV/nucleonを超えるエネルギー領域では、素粒子-素粒子および光子-ハドロン断面積にクォークグルーオンストリングモデル（QGSM）を適用する。
• INC段階後に核子の凝集を最終状態相互作用を介して軽いイオン（d, t, 3He, 4He）に実装する。
• 重い生成核種（Z ≥ 65）に対しては一般化蒸発／分裂モデル（GEM2）を、軽い断片（A < 13）に対してはフェルミ崩壊を適用する。
• 低エネルギーおよび高エネルギー領域の両方で一貫したモデル定式化を実現し、事前平衡および蒸発過程においてCEM03.02と整合させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LAQGSM03.03は、調整パラメータなしに広いエネルギー範囲で生成核種断面積を正確に予測できるか？
• RQ2 フェルミ崩壊による非物理的軽量不安定核種（例：6B、6Be）の除去が、モデルの整合性および予測精度にどのように影響するか？
• RQ3 LAQGSM03.03は、高エネルギーp+p、重イオン、軽イオンの断片化反応からの詳細な実験データをどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 40Ca、48Ca、58Ni、64Ni、86Krビームを用いた複雑な断片化データを記述する際、EPAX、AA、HIPSE、AMDなどの他のモデルと比較してLAQGSM03.03はどのように差を示すか？
• RQ5 モデルは、複数の標的に対し、複数のビームエネルギーで粒子スペクトル（例：π±）と同位体断面積を同時に正確に記述できるか？

主な発見

• LAQGSM03.03は、40Ca、48Ca、58Ni、64Ni、86Krが9Beおよび181Taに衝突する反応において、それぞれ140 MeV/nucleonおよび64 MeV/nucleonのエネルギーで、全同位体にわたり測定値と良好な一致を示した。
• 56Feが1.05 GeV/nucleonのエネルギーでH、C、Al、Cu、Pb標的に衝突する反応において、LAQGSM03.03は実験断面積と一致し、他のモデルと同等またはそれ以上の精度を示した。
• 9Be標的に12.3、17.5 GeV/cの陽子が衝突する反応における、前方π⁺およびπ⁻の包含的スペクトル（90°および159°の測定されていない角度も含む）を正確に予測した。
• LAQGSM03.03は、200 GeV p+p衝突におけるPHENIXのミッドラピディティスペクトル（π⁺、π⁻、K⁺、K⁻、p、p̄）を良好な定量的一致で記述した。
• EPAX、AA、HIPSE、AMDモデルと比較して、同じデータセットを用いたテストにおいて、特に同位体断面積の再現性において優れた性能を示した。
• 実験値が入手される前から計算が実施され、Dr. Mockoに比較のために送付された結果、調整なしにモデルが予測能力を示していることが確認された。