Photospaltung des Deuterons im Energiebereich der d*(2380) Resonanz

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Ostrick
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465063196

Die Photospaltung des Deuterons ist eine der einfachsten Reaktionen der Kernphysik. Experimentelle und theoretische Untersuchungen begannen schon kurz nach der Entdeckung des Neutrons im Jahre 1932. Dennoch sind selbst heute viele Observable noch gar nicht oder nur in einem sehr groben kinematischen Raster gemessen worden. Dies gilt insbesondere für Photonenergien oberhalb von 200 MeV bei denen die Substrukturen des Deuterons angeregt werden können. Dies verhindert momentan eine detaillierte Bewertung von Reaktionsmechanismen, wie Beiträge von Nukleonresonanzen, Mesonenaustauschströmen oder insbesondere der mögliche Einfluss exotischer Hadronen wie beispielsweise von Zuständen mit 6 Quarks (Hexaquarks). Ein Kandidat für solch ein Hexaquark ist die d*(2380) Resonanz, ein Zustand mit Isospin I = 0, Spin-Parität JP = 3+ und einer Zerfallsbreite von ~70 MeV. Er wurde bislang in elastischer Proton-Neutron (pn) Streuung und mehreren inelastischen pn Fusionsreaktionen beobachtet. Eine zweifelsfreie Identifikation des d*(2380) in einer elektromagnetischen Reaktion wäre ein wichtiger nächster Schritt und die Voraussetzung für eine Bestimmung von Photokopplungen und Übergangsformfaktoren. Um die Photoanregung des d*(2380) an einem Deuteronkern, γd -> d*(2380), zu untersuchen ist eine Strahlenergie von 570 MeV notwendig. Dies ist in idealer Weise am Mainzer Mikrotron (MAMI) möglich. Dort stehen energiemarkierte Photonenstrahlen von 100 bis 1500 MeV mit hoher Intensität sowie zirkularer und linearer Polarisation für Experimente zur Verfügung. In diesem Projekt soll ein kombiniertes Experiment-Theorie Programm umgesetzt werden, das eine systematische Messung von Spin-Observablen in der Photospaltung des Deuterons sowie deren Interpretation im Rahmen differenzierter Modelle zum Ziel hat. Die Ergebnisse werden nicht nur großen Einfluss auf die Physik exotischer Multiquarkzustände haben, sondern auch in der Kernphysik und der Astrophysik, wo spekuliert wird, dass das d*(2380) eine Rolle bei der Dynamik von Neutronensternen spielen könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexander Fix, bis 3/2022