[논문 리뷰] LAQGSM03.03 Upgrade and its Validation

S. G. Mashnik, K. K. Gudima외 2명|ArXiv.org|2007. 09. 12.

Particle accelerators and beam dynamics참고 문헌 34인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 MCNPX/6 및 MARS15 코드를 위한 핵 반응 시뮬레이션을 위한 Los Alamos Quark-Gluon String Model 이벤트 생성기 LAQGSM03.03을 제시한다. 고에너지 반응 모델링을 향상시키기 위해 일관된 프리균형, 증발, 분열 및 페르미 붕괴 모델을 통합하였으며, 140–200 GeV/nucleon 범위의 다양한 실험 데이터와의 성공적인 검증을 통해 조정 없는 상태에서 측정된 조각 생성 단면적 및 스펙트럼과 강한 일치를 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 1테르바르트/핵자온 이하의 에너지에서 핵 반응에 대한 LAQGSM 이벤트 생성기의 예측 능력을 향상시키기 위해.
• CEM03.02 프레임워크에 통합된 프리균형, 증발, 분열 및 페르미 붕괴 모델을 통합함으로써 이전 버전의 모순을 해결하기 위해.
• 비물리적인 경량 불안정 핵종(예: 6B, 6Be)이 비대칭 분열을 통해 생성되는 것을 방지하기 위해 즉각적인 페르미 붕괴를 강제하기 위해.
• BNL, GSI, HIMAC, NSCL-MSU 및 RARF-RIKEN의 최근 실험 데이터를 광범위하게 활용하여 신규 모델을 검증하기 위해.
• 기본 물리 법칙과 업데이트된 단면적을 유일한 근거로 하여 조정 가능한 매개변수 없이 모델의 예측 능력을 입증하기 위해.

제안 방법

• 3단계 반응 모델을 사용: 내핵 캐스케이드(INC), 프리균형 방출, 복합핵에서의 증발/분열.
• 연속적인 핵 밀도와 트라울링 효과를 고려한 개선된 시간에 의존하는 두브나 내핵 캐스케이드 모델(DCM)을 적용.
• 4.5 GeV/nucleon 이상의 에너지에서 기본 입자-입자 및 광자-입자 단면적을 위해 쿼크-글루온 스트링 모델(QGSM)을 사용.
• INC 단계 이후 최종 상태 상호작용을 통해 양성자 및 중성자를 경량 이온(d, t, 3He, 4He)으로 응집시킴.
• 중량 복합핵(Z ≥ 65)에 대해서는 일반화된 증발/분열 모델(GEM2)을, 경량 조각(A < 13)에 대해서는 페르미 붕괴를 적용.
• 저에너지 및 고에너지 영역 간에 일관된 모델 설정을 적용하여 프리균형 및 증발 과정에서 CEM03.02와 일치시킴.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LAQGSM03.03은 매개변수 조정 없이 넓은 에너지 범위에서 조각 생성 단면적을 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ2 페르미 붕괴를 통해 비물리적인 경량 불안정 핵종(예: 6B, 6Be)을 제거함으로써 모델의 일관성과 예측 정확도는 어떻게 향상되는가?
• RQ3 LAQGSM03.03은 고에너지 p+p, 중수성 이온 및 경량 이온 분열 반응의 세밀한 실험 데이터를 어느 정도 재현하는가?
• RQ4 40Ca, 48Ca, 58Ni, 64Ni 및 86Kr 비임의에 대해 LAQGSM03.03은 EPAX, AA, HIPSE, AMD 등 다른 모델과 비교하여 복잡한 분열 데이터를 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ5 모델은 여러 타겟과 비임 에너지에서 입자 스펙트럼(예: π±)과 동위원소 단면적을 동시에 잘 기술할 수 있는가?

주요 결과

• LAQGSM03.03은 각각 140 MeV/nucleon 및 64 MeV/nucleon에서 9Be 및 181Ta에 대한 40Ca, 48Ca, 58Ni, 64Ni 및 86Kr의 모든 동위원소에 대해 측정된 조각 생성 단면적을 양호한 일치로 재현하였다.
• 1.05 GeV/nucleon에서의 56Fe에 대해, H, C, Al, Cu 및 Pb 타겟에서의 실험 단면적과 일치하였으며, 다른 모델과 비교해도 유사하거나 더 우수한 일치를 보였다.
• 9Be에 대한 6.4, 12.3 및 17.5 GeV/c 비임에서의 포함된 전방 π⁺ 및 π⁻ 스펙트럼을 90° 및 159°와 같은 측정되지 않은 각도까지 정확히 예측하였다.
• LAQGSM03.03은 200 GeV p+p 충돌에서 PHENIX의 중간 라피디티 스펙트럼(π⁺, π⁻, K⁺, K⁻, p, p̄)을 양적 일치로 잘 기술하였다.
• 동일한 데이터셋에 대해 EPAX, AA, HIPSE 및 AMD 모델과 비교했을 때, 특히 동위원소 단면적을 재현하는 데서 뛰어난 성능을 보였다.
• 실험 값 수령 이전에 계산을 수행하였으며, 결과를 Dr. Mocko에게 전달하여 비교하였으며, 이는 모델의 조정 없이도 예측 능력이 있음을 확인하였다.