Gitter-QCD mit 2+1+1 dynamischen Quarkflavors: Simulations- und Analyseaspekte

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Wagner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 192938097

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Quantenchromodynamik (QCD) ist die Theorie der Quarks und Gluonen und ihrer Wechselwirkungen. Sie erklärt die Existenz von Mesonen (in der Regel Quark-Antiquark-Paare) und von Baryonen (in der Regel Dreiergruppen von Quarks), wobei das Proton und das Neutron deren bekannteste Vertreter sind. Die Gleichungen der QCD sind mathematisch ausgesprochen kompliziert und können in vielen Fallen nur mit Hilfe einer numerischen Technik, genannt Gitter-QCD, und dem massiven Einsatz von High-Performance-Computing-Systemen gelöst werden. Dieses Projekt befasst sich mit Gitter-QCD und gliedert sich in zwei unabhängige Teilprojekte. Im ersten Teilprojekt haben wir eine Gitter-QCD-Berechnung von mehr als 20 tief-liegenden D-Meson-, Ds-Meson- und Charmonium-Massen durchgefährt. Während ein Großteil dieser Mesonen aus einem Quark-Anti-quark-Paar besteht, wird für manche davon eine Vier-Quark-Struktur vermutet. Wir haben diese Möglichkeit für einige Kandidaten untersucht und konnten dabei eine Tetraquark-Struktur für zwei sehr schwere and zu einem gewissen Anteil auch für das leichte ao(980)-Meson bestätigen. Im zweiten Teilprojekt haben wir existierende theoretische Arbeiten zu Gitter-QCD-Rechnungen bei fixierter Topologie maßgeblich erweitert. Darüber hinaus haben wir Methoden entwickelt und getestet, um Hadron-Massen und die topologische Suszeptibilität aus Korrelationsfunktionen zu extrahieren, die bei fixierter Topologie berechnet wurden. Diese Erweiterungen und Methoden eröffnen die Möglichkeit, das Problem einfrierender Topologie zu umgehen, das bei Gitter-QCD-Simulationen bei kleinen Gitterabstnden a ≤ 0.05 fm auftritt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Lattice investigation of the scalar mesons a0 (980) and κ using four-quark operators,” JHEP 1304, 137 (2013)
  C. Alexandrou, J. O. Daldrop, M. Dalla Brida, M. Gravina, L. Scorzato, C. Urbach and M. Wagner
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/JHEP04(2013)137)
• “Extracting hadron masses from fixed topology simulations,” Phys. Rev. D 90, 074505 (2014)
  A. Dromard and M. Wagner
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.90.074505)
• “Masses of D mesons, Ds mesons and charmonium states from twisted mass lattice QCD,” Phys. Rev. D 92, 094508 (2015)
  M. Kalinowski and M. Wagner
  
• “Measuring the topological susceptibility in a fixed sector,” Phys. Rev. D 92, 114510 (2015)
  I. Bautista, W. Bietenholz, A. Dromard, U. Gerber, L. Gonglach, C. P. Hofmann, H. Meja-Daz and M. Wagner
  
• “BB interactions with static bottom quarks from lattice QCD,” Phys. Rev. D 93, 034501 (2016)
  P. Bicudo, K. Cichy, A. Peters and M. Wagner
  
• “Continuum limit of the D meson, Ds meson and charmonium spectrum from Nf = 2 + 1 + 1 twisted mass lattice QCD,” Phys. Rev. D 94, 094503 (2016)
  K. Cichy, M. Kalinowski and M. Wagner
  
• “Interpreting numerical measurements in fixed topological sectors,” Phys. Rev. D 93, 114516 (2016)
  W. Bietenholz, C. Czaban, A. Dromard, U. Gerber, C. P. Hofmann, H. Meja-Daz and M. Wagner
  
• "udb¯b¯ tetraquark resonances with lattice QCD potentials and the Born-Oppenheimer approximation,” Phys. Rev. D 96, 054510 (2017)
  P. Bicudo, M. Cardoso, A. Peters, M. Pflaumer and M. Wagner
  
• “Including heavy spin effects in the prediction of a b¯b¯ud tetraquark with lattice QCD potentials,” Phys. Rev. D 95, 034502 (2017)
  P. Bicudo, J. Scheunert and M. Wagner
  
• “Investigating efficient methods for computing four-quark correlation functions,” Comput. Phys. Commun. 220, 97 (2017)
  A. Abdel-Rehim, C. Alexandrou, J. Berlin, M. Dalla Brida, J. Finkenrath and M. Wagner