Neue Erkenntnisse zur 3D Nukleonstruktur mittels tiefinelastischer semi-inklusiver Elektronenstreuung mit CLAS12 am JLAB

• Antragsteller: Dr. Stefan Diehl
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508107918

Die Untersuchung der drei-dimensionalen Struktur des Nukleons kann bei der Beantwortung mehrerer fundamentaler Fragestellungen der Natur, wie dem Ursprung des Nukleon Spins oder der Verteilung von Ladung und Dichte innerhalb des Nukleons, helfen. Als einen Aspekt, kann die Impulsverteilung der Partonen durch transversale, impulsabhängige Parton-Verteilungsfunktionen (TMDs), welche in semi-inklusiver, tiefeinelastischer Streunung (SIDIS) gemessen werden können, zugänglich gemacht werden. Bedeutende theoretische Fortschritte während des letzten Jahrzehnts haben zu einem konsistenten Beschreibung geführt, welche Informationen über die eingeschränkte Bewegung der Partonen innerhalb eines sich schnell bewegenden Nukleons mit TMDs verknüpft, welche wiederum Informationen über die orbitale Bewegung der Partonen innerhalb des Mutternukleons und über die Verknüpfung zwischen ihrer Bewegung und ihrem Spin beinhalten. Sowohl SIDIS Wirkungsquerschnitte als auch Spin-Asymmetrien können direkt mit TMDs und Fragmentierungsfunktionen (FF) verknüpft werden und sind Gegenstand intensiver theoretischer und Experimenteller Studien. Ziele dieses Projektes ist es die hohe integrierte Luminosität in einem breiten kinematischen Bereich, welche mit dem neuen CLAS12 Spektrometer am JLAB zu Verfügung steht, zu nutzen um eine vollständig multidimensionale und hochpräzise Messung der einzelnen Terme des SIDIS Wirkungsquerschnittes durchzuführen. Das erste Ziel des Projektes ist herbei die Erweiterung der Extraktion des Verhältnisses der Strukturfunktionen FLUsinϕ und (FUU,T + ε FUU,L) basieren auf Spin-Asymmetrien, welches bereits für π+ vorliegt, hin zu π0 und π- sowie K+ und K- sowie eine Vergrößerung der Messstatistik um noch feinere multidimensionale Bins sowie geringere statistische Unsicherheiten zu ermöglichen. Als zweites Ziel sollen die unpolarisierten Strukturfunktionen (F_UU,T + ε F_UU,L), F_UU^cosϕ und F_UU^cos2ϕ basieren auf Messungen des Wirkungsquerschnittes bestimmt werden. Auch hier sollen detaillierte multidimensionale Messungen für Pionen und Kaonen durchgeführt werden. Die Messung des cos2ϕ Terms des Wirkungsquerschnittes kann hierbei genutzt warden, um die Faltung der Collins Fragmentierungsfunktion mit der leading-twist Boer-Mulders TMD h1┴ zu untersuchen. Weiterhin ermöglicht die Messung der cos2ϕ und cosϕ Terme die Untersuchung des flavor abhängigen Boer-Mulders Effekts. Die Präzisionsmessungen sollen weiterhin genutzt werden, um verschiedene TMD Modelle zu verifizieren und den Einfluss von Beiträgen höherer Ordnung zu untersuchen. Insgesamt, wird ein globaler Fit der verschiedenen Terme des Wirkungsquerschnittes eine zuverlässigere und präzisere Extraktion von TMDs und FFs im Vergleich zu bereits existierenden Daten im Valenzquark Bereich ermöglichen und somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Ursprungs des Nukleon-Spins leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Kai-Thomas Brinkmann
• Kooperationspartner: Professor Kyungseon Joo