Transverse Momentum Dependent Distributions aus Gitter QCD Rechnungen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445271327

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Dieses Projekt war Teil unserer Zusammenarbeit mit der Lattice Parton Collaboration (LPC), einer internationalen Kollaboration mit Mitgliedern aus den USA, Deutschland, China (Volksrepublik) und Taiwan. Aufgrund von Sicherheitsbedenken im Bereich des High Performance Computing (HPC) war diese Zusammenarbeit wie folgt organisiert: Wir nutzten nur deutsche HPC-Systeme und die chinesischen Mitglieder nutzten ausschließlich chinesische HPC-Systeme. Wir arbeiteten nur bei der Datenanalyse (auf Laptops etc.) zusammen und checkten wechselseitig unsere Ergebnisse zur Qualitätskontrolle. Durch dieses Schema bekam einerseits kein Chinese Zugang zu einem deutschen HPC- Zentrum und profitierten wir andererseits enorm von den methodischen Entwicklungen der chinesischen und US-chinesischen Mitglieder von LPC. Ohne dieses Know-how hätten wir viele der Analysen, die in unsere Paper eingingen, nicht durchführen können. Das Projekt hängt stark mit dem in den USA geplanten EIC-Beschleunigers zusammen. Eines der Hauptziele des EIC ist die detaillierte Untersuchung von TMDs (Transverse Momentum Distributions oder Transverse Momentum Dependent Parton Distribution Functions, auch TMDPDFs genannt). TMDs sind sehr viel kompliziertere Objekte als die üblichen Parton Distribution Functions (PDFs), was auch bedeutet, dass sie sehr viel mehr phänomenologisch relevante Information enthalten. Da ihre experimentelle Bestimmung häufig kaum möglich ist, sind Gitter-Rechnungen die beste Alternative. Allerdings erfordern sie deutlich verbesserte Methoden. Eine ganze Reihe von Formulierungen wurde vorgeschlagen, von denen wir uns entschieden, LaMET zu verwenden. Als erstes berechneten wir die Isovektor-Quark-Transversity-Funktion im Nukleon, die die am wenigsten bekannte Twist-2 Quark-PDF ist. Bereits dieses Start-Projekt lieferte first priciple Resultate, die ähnlich präzise sind wie alle früheren experimentellen und theoretischen Informationen, die in die globalen Fits JAM 20 und JAM 22 eingingen, zusammen. Nachdem wir somit die Techniken zur Durchführung von LaMET-Gitterrechnungen erworben hatten, wendeten wir uns anschließend dem eigentlichen Ziel dieses Projekts zu, nämlich der Berechnung einer TMD. Wir wählten hierzu die Boer-Mulders-Funktion h1 aus, eine der TMDs, die am wenigsten von Potenz- Korrekturen betroffen sein sollte. Auch diese Projekt war sehr erfolgreich, ist aber noch nicht publiziert. Weitere Arbeiten innerhalb des Projekts generierten vier weitere Publikationen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Mellin moments of spin dependent and independent PDFs of the pion and rho meson. Physical Review D, 105(1).
  Löffler, Marius; Wein, Philipp; Wurm, Thomas; Weishäupl, Simon; Jenkins, Daniel; Rödl, Rudolf; Schäfer, Andreas & Walter, Lisa
  
• Lattice calculation of the intrinsic soft function and the Collins-Soper kernel. Journal of High Energy Physics, 2023(8).
  Chu, Min-Huan; He, Jin-Chen; Hua, Jun; Liang, Jian; Ji, Xiangdong; Schäfer, Andreas; Shu, Hai-Tao; Su, Yushan; Walter, Lisa; Wang, Wei; Wang, Ji-Hao; Yang, Yi-Bo; Zeng, Jun & Zhang, Qi-An
  
• Nucleon Transversity Distribution in the Continuum and Physical Mass Limit from Lattice QCD. Physical Review Letters, 131(26).
  Yao, Fei; Walter, Lisa; Chen, Jiunn-Wei; Hua, Jun; Ji, Xiangdong; Jin, Luchang; Lahrtz, Sebastian; Ma, Lingquan; Mohanta, Protick; Schäfer, Andreas; Shu, Hai-Tao; Su, Yushan; Sun, Peng; Xiong, Xiaonu; Yang, Yi-Bo & Zhang, Jian-Hui
  
• Universality of the Collins-Soper kernel in lattice calculations. Physical Review D, 108(7).
  Shu, Hai-Tao; Schlemmer, Maximilian; Sizmann, Tobias; Vladimirov, Alexey; Walter, Lisa; Engelhardt, Michael; Schäfer, Andreas & Yang, Yi-Bo
  
• Unpolarized transverse momentum dependent parton distributions of the nucleon from lattice QCD. Physical Review D, 109(11).
  He, Jin-Chen; Chu, Min-Huan; Hua, Jun; Ji, Xiangdong; Schäfer, Andreas; Su, Yushan; Wang, Wei; Yang, Yi-Bo; Zhang, Jian-Hui & Zhang, Qi-An
  
• Quark transverse spin-momentum correlation of the pion from lattice QCD: The Boer-Mulders function. Physical Review D, 111(9).
  Walter, Lisa; Hua, Jun; Lahrtz, Sebastian; Ma, Lingquan; Schäfer, Andreas; Shu, Hai-Tao; Su, Yushan; Sun, Peng; Wang, Wei; Xiong, Xiaonu; Yang, Yi-Bo; Zhang, Jian-Hui & Zhang, Qi-An