[论文解读] 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 16

一句话总结

本文提出 LAQGSM03.03，即 MCNPX/6 和 MARS15 代码中用于核反应模拟的洛斯阿拉莫斯夸夸-胶子弦模型事件生成器的升级版本。该模型通过整合一致的预平衡、蒸发、裂变和费米断裂模型，改进了高能反应的建模，成功地在 140–200 GeV/nucleon 范围内与多种实验数据进行了验证，无需参数调整即与测量的碎片产额截面和能谱高度一致。

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.

研究动机与目标

• 提升 LAQGSM 事件生成器在高达 1 TeV/nucleon 能量下的核反应预测能力。
• 通过将预平衡、蒸发、裂变和费米断裂模型与 CEM03.02 框架统一，解决先前版本中的不一致性。
• 通过强制立即执行费米断裂，消除通过非对称裂变产生的不真实轻度不稳定核素（如 6B、6Be）。
• 将新模型与来自 BNL、GSI、HIMAC、NSCL-MSU 和 RARF-RIKEN 的近期实验数据进行验证。
• 仅基于基本物理原理和更新的截面数据，无需可调参数，展示模型的预测能力。

提出的方法

• 采用三阶段反应模型：核内CASCADE（INC）、预平衡发射，以及复核核的蒸发/裂变。
• 采用改进的时间依赖型杜布纳核内CASCADE模型（DCM），引入连续核密度与拖曳效应，以实现动态密度耗竭。
• 在 4.5 GeV/nucleon 以上能量下，使用夸克-胶子弦模型（QGSM）计算基本强子-强子和光子-强子截面。
• 在 INC 阶段后，通过最终态相互作用实现核子聚合成轻离子（d、t、3He、4He）。
• 对重复核（Z ≥ 65）采用广义蒸发/裂变模型（GEM2），对轻碎片（A < 13）采用费米断裂模型。
• 在低能与高能区域采用一致的模型公式，与 CEM03.02 在预平衡和蒸发过程中的处理保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 LAQGSM03.03 是否能在无需参数拟合的情况下，准确预测宽能区间的碎片产额截面？
• RQ2 通过费米断裂消除不真实的轻度不稳定核素（如 6B、6Be）对模型一致性与预测精度有何影响？
• RQ3 LAQGSM03.03 在多大程度上重现了高能 p+p、重离子和轻离子碎片化反应的详细实验数据？
• RQ4 在描述 40Ca、48Ca、58Ni、64Ni 和 86Kr 束流的复杂碎片化数据时，LAQGSM03.03 与 EPAX、AA、HIPSE、AMD 等其他模型相比表现如何？
• RQ5 该模型能否同时准确描述多种靶材和束流能量下的粒子能谱（如 π±）与同位素截面？

主要发现

• LAQGSM03.03 在 140 MeV/nucleon 和 64 MeV/nucleon 分别对 9Be 和 181Ta 靶材的 40Ca、48Ca、58Ni、64Ni 和 86Kr 反应中，成功重现了所有同位素的测量碎片产额截面，结果与实验高度一致。
• 在 1.05 GeV/nucleon 能量下，LAQGSM03.03 对 56Fe 在 H、C、Al、Cu 和 Pb 靶上的实验截面预测与其它模型相比，精度相当或更优。
• 该模型准确预测了 6.4、12.3 和 17.5 GeV/c 质子束在 9Be 上的 π⁺ 和 π⁻ 前向 inclusive 能谱，包括 90° 和 159° 未测量角度的数据。
• LAQGSM03.03 对 200 GeV p+p 碰撞中 PHENIX 中快速度 π⁺、π⁻、K⁺、K⁻、p 和 p̄ 的能谱预测具有良好的定量一致性。
• 在相同数据集上测试时，与 EPAX、AA、HIPSE 和 AMD 模型相比，LAQGSM03.03 表现更优，尤其在同位素截面的重现方面。
• 计算在实验值公布前即已完成，结果已发送给 Mocko 博士用于对比，确认了模型在无需调整参数情况下的预测能力。