Meson-Baryon-Streuung von der Schwelle bis zur zweiten Resonanzregion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Quanten-Chromodynamik (QCD) ist die Theorie der starken Wechselwirkung. Obwohl sie bei hohen Energien gut verstanden ist, fehlt uns bis heute die Einsicht, in welcher Weise QCD für die Eigenschaften der Materie bei niedrigen Energien verantwortlich ist. Im Übergang von der Hochenergieregion zu niedrigen Energie führt der nichtlineare Charakter der QCD dazu, dass Quarks niemals frei auftreten, sondern immer nur paarweise oder zu dritt in den bekannten Mesonen und Baryonen. Der Grund dieses sogenannten Confinement-Mechanismus stellt bis heute eine der großen unverstandenen Fragen der Physik dar. Ähnlich rätselhaft ist die Tatsache, dass eine naive Summierung der QCD-Massen der drei Quarks des Protons einen Wert ergibt, der um einen Faktor von 50 zu niedrig liegt. Der Ursprung der Massen-Generierung und des Confinements liegt also bei mittleren Energien, die deswegen seit Jahrzehnten Gegenstand experimenteller und theoretischer Untersuchungen sind. Insbesondere ist dieser Übergangsbereich durch ein komplexes Muster von Resonanzen geprägt. Um solche experimentellen Daten in der Mittelenergieregion zu verstehen, benötigt man zuverlässige Analyseinstrumente, sowohl um den Reaktionsmechanismus zu ergründen also auch Partialwellen zu bestimmen. Letzere geben Aufschlüsse über die hadronischen Resonanzen, in denen sich die Dynamik der Quantenchromodynamik manifestiert. Um den theoretischen Rahmen für dieses Unterfangen zu setzen, musste zunächst verstanden werden, inwiefern man allgemeine Prinzipien aus der Streutheorie einbeziehen kann. In einem ersten Schritt wurde deswegen die analytische Struktur der Streuamplitude untersucht, um die Auswirkungen von Unitarität im Zweiteilchen- aber auch Dreiteilchensinn zu bestimmen. Weitere Eigenschaften des entwickelten Modells sind seine Analytizität und die näherungsweise Behandlung des sog. left-hand cuts und das richtige asymptotische Verhalten bei niedrigen und hohen Energien. Wie wir zu Beginn des Projekts feststellen und publizieren konnten, ist die einzige sinnvolle Definition einer Resonanz gegeben durch die Position und die Residuen des mit ihr assoziierten Pols in der komplexen Ebene der Streuenergie. Der nächste Schritt war deshalb naturgemäß, eine analytische Fortsetzung der Streuamplitude in die komplexe Ebene zu entwickeln und Resonanzeigenschaften zu bestimmen. Dieser Teil des Projektes wurde 2009 abgeschlossen. Ein großer Fortschritt wurde durch die Erweiterung der Analyse auf die Produktion von Kaonen erreicht. Zunächst wurden die Reaktionen N ! N und +p ! K++ gemeinsam untersucht und später folgte dann die vereinheitlichte Analyse der Reaktionen N ! N, −p ! n, K0, K00, K+− und +p ! K++. Abgesehen von pioneninduzierten Reaktionen müssen auch die photoneninduzierten Prozesse für eine vereinheitlichte Analyse betrachtet werden. Dazu wurde das Photon eichinvariant an die bestehende hadronische Amplitude gekoppelt, so dass wir auch Pionen-Photoproduktion untersuchen konnten. Die vereinheitlichte Analyse und eichinvariante Ankopplung des Photons wurden, innerhalb der betrachteten Klasse von Reaktionsmodellen. Weitere konzeptionelle Entwicklungen ermöglichten es, die Amplitude auch in einem endlichen Volumen auszurechnen, wie es in Gitter-Eichtheorien verwendet wird. Auf diese Weise kann prinzipiell die Verbindung zu fundamentalen QCD-Rechnungen geschaffen werden, deren Ergebnisse, besonders in kommenden Jahren, komplexe Analyseinstrumente erfordern werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Coupled-channel dynamics in the reactions πN → πN, ηN, KΛ, KΣ, Eur. Phys. J. A
D. Rönchen, M. Döring, F. Huang, H. Haberzettl, J. Haidenbauer, C. Hanhart, S. Krewald, U.-G. Meißner and K. Nakayama
- Analytic properties of the scattering amplitude and resonance parameters in a meson exchange model, Nucl. Phys. A 829, 170 (2009)
M. Döring, C. Hanhart, F. Huang, S. Krewald and U.-G. Meißner
- The role of the background in the extraction of resonance contributions from mesonbaryon scattering, Phys. Lett. B 681, 26 (2009)
M. Döring, C. Hanhart, F. Huang, S. Krewald and U.-G. Meißner
- Dynamical coupled-channel approaches on a momentum lattice, Eur. Phys. J. A 47, 163 (2011)
M. Döring, J. Haidenbauer, U.-G. Meißner and A. Rusetsky
- The reaction π + p → K + Σ+ in a unitary coupled-channels model, Nucl. Phys. A 851, 58 (2011)
M. Döring, C. Hanhart, F. Huang, S. Krewald, U.-G. Meißner, D. Rönchen
- Pion photoproduction in a dynamical coupled-channels model, Phys. Rev. C 85, 054003 (2012)
F. Huang, M. Döring, H. Haberzettl, J. Haidenbauer, C. Hanhart, S. Krewald, U.-G. Meißner and K. Nakayama
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevC.85.054003)
