Angeregte Nukleon-Resonanzen in vollständig neutralen Endzuständen mit dem CBELSA/TAPS-Experiment

• Antragstellerinnen: Dr. Farah Noreen Afzal; Professorin Dr. Annika Thiel
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505387544

Die uns umgebende Materie ist aufgebaut aus Quarks, welche untereinander über die starke Wechselwirkung gebunden sind. Um Informationen über diese Wechselwirkung, welche durch die Quanten-Chromodynamik (QCD) beschrieben wird, zu erhalten, muss das Anregungsspektrum der Nukleonen verstanden werden. Da die Quanten-Chromodynamik im Energiebereich der stabilen Nukleonen nicht lösbar ist, müssen Quark-Modelle oder Gittereichrechnungen verwendet werden, um Vorhersagen über das Anregungsspektrum treffen zu können. Vergleiche mit den experimentellen Daten zeigen starke, bisher unzureichend verstandene, Unterschiede auf. Experimentell können reelle Photonen genutzt werden um die Nukleonen anzuregen. Allerdings reicht die Messung von unpolarisierten Wirkungsquerschnitten alleine nicht aus, da diese lediglich Zugriff auf die Quadrate der Amplituden, und damit den dominierend beitragenden Resonanzen, ermöglichen. Abhilfe bringt hier die Messung von (Doppel-)Polarisationsobservablen unter Verwendung von linear- oder zirkularpolarisierten Photonen in Kombination mit einem transversal- oder longitudinal-polarisierten Target. Diese sind sensitiv auf die Interferenzterme zwischen den Amplituden und damit auch auf kleine Resonanzbeiträge. Das CBELSA/TAPS-Experiment in Bonn ist ideal dazu geeignet Endzustände, welche Photonen beinhalten, nachzuweisen und ist damit komplementär zu anderen internationalen Experimenten. In den letzten Jahrzehnten konnten zahlreiche Messungen von verschiedenen Endzuständen an Protonen veröffentlicht werden. Für vollständig neutrale Enzustände, also Reaktionen an Neutronen, hatte das Hauptkalorimeter jedoch eine niedrige Triggereffizienz, so dass diese nur in geringem Maße gemessen werden konnten. Durch eine vollständige Erneuerung der Auslese des zentralen Detektors konnte eine deutliche Verbesserung der Triggereffizienz auf neutrale Endzustände erreicht werden, so dass eine substantielle Steigerung der Datenbasis in Reichweite ist.Messungen an Neutronen haben in den letzten Jahren zu zahlreichen Diskussionen geführt. Für den Endzustand mit einem η-Meson konnte am Neutron eine bisher unidentifizierte Struktur beobachtet werden, welche beim Proton nicht auftritt. Außerdem konnte eine Analyse der Reaktionen nπ0π0 Unterschiede in den Beiträgen der Partialwellen im Vergleich zu Reaktionen an Protonen aufzeigen. Beide genannten Beobachtungen können nur durch weitgehende, detaillierte Messungen geklärt werden.Dieses Proposal fokussiert sich auf die Messung von (Doppel-)Polarisationsobservablen in vollständig neutralen Endzuständen mit dem CBELSA/TAPS-Experiment. Hierzu sollen aus verfügbaren Datensätze die Endzustände nπ0, nπ0π0 und nπ0η extrahiert werden um daraus die Polarisationsobservablen T, P und H zu bestimmen. Dies würde erstmalig erlauben, bisher nachgewiesene Unterschiede zwischen Reaktionen an Protonen und Neutronen detailliert zu untersuchen als auch die Suche nach schmalen Strukturen für neutrale Endzustände zu vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen