Suche nach Hybriden in Mehr-Mesonen-Endzuständen mit dem GlueX-Experiment am Thomas Jefferson National Accelerator Facility (JLab)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Annika Thiel
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410404013

Die uns umgebende Materie ist aufgebaut aus Protonen und Neutronen, den sogenannten Nukleonen. Diese sind jeweils aus drei Quarks zusammengesetzt, welche über die starke Wechselwirkung im Nukleon gebunden sind. Die starke Wechselwirkung wird über Gluonen vermittelt, welche die besondere Eigenschaft besitzen, dass sie miteinander selbst wechselwirken können. Diese Selbst-Wechselwirkung hat zur Folge, dass Quarks und Gluonen nicht als freie Teilchen beobachtbar sind, sondern nur in gebundenen Systemen vorkommen. Diese Eigenschaft wird auch als Confinement bezeichnet.Bisher konnten zwei verschiedene Typen von aus Quarks aufgebauten Teilchen, den Hadronen, beobachtet werden: die Baryonen, welche aus drei Quarks bestehen und die Mesonen, welche aus einem Quark und einem Anti-Quark aufgebaut sind. Bereits in den ersten Theorien wurden weitere Zustände vorhergesagt. So könnten zum Beispiel Hadronen aus vier Quarks, die sogenannten Pentaquarks, oder aus fünf Quarks, die sogenannten Tetraquarks, existieren. Zusätzlich sind Zustände mit angeregten Gluonen-Freiheitsgraden wie hybride Mesonen (Quark, Anti-Quark und ein Gluon) oder Glueballs, welche nur aus zwei Gluonen bestehen, von der Theorie vorhergesagt.In den letzten Jahren wurden Pentaquarks und Tetraquarks von verschiedenen Experimenten nachgewiesen, welche allerdings alle Charm-Quarks enthielten und bei großen Massen (ca. 4 GeV) lagen. Im Bereich der leichten Quarks konnten bisher noch keine exotischen Zustände nachgewiesen werden, obwohl es zahlreiche potentielle Kandidaten gibt. Um diese Fragestellung zu klären, wurde das neue GlueX-Experiment am CEBAF-Beschleuniger am Jefferson-Lab, USA, aufgebaut. Dieses Experiment nutzt die Wechselwirkung von polarisierten reellen Photonen mit bis zu 12 GeV Strahlenergie mit Nukleonen um Zustände verschiedener Quantenzahlen zu erzeugen. Dabei zeichnet sich das Experiment besonders durch die präzise Messung von geladenen und ungeladenen Zerfallsprodukten aus. Die Messung verschiedener Zerfallsprodukte ermöglicht die systematische Suche nach den exotischen Zuständen.In diesem Forschungsprojekt möchte ich Zerfälle mit zwei neutralen Mesonen im Endzustand wie z. B. zwei Eta-Mesonen untersuchen. Diese Endzustände sind sensitiv auf die Quantenzahlen des niedrigsten vorhergesagten Glueballs und konnten bisher nicht bei diesen hohen Energien und der notwendigen Präzision gemessen werden. Die zusätzliche Verwendung von linear polarisierten Strahlphotonen ermöglicht zudem die weitere Selektion und Identifikation der intermediären Zustände. Im Rahmen des Forschungsprojekts möchte ich das GlueX-Experiment und dessen Analyse kennen lernen, um meine bereits vorhandenen Fähigkeiten auf dem Gebiet der Selektion von Endzuständen darauf anwenden zu können. Ich plane der GlueX-Kollaboration beizutreten und strebe eine dauerhafte Beteiligung an. Die von mir durchgeführte Analyse soll einen Betrag bei der Suche nach exotischen Zuständen mit leichten Quarks liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. David Ireland