Eine Studie zu exklusiven Quarkonium-Zerfällen im Rahmen der effektiven Feldtheorie

• Antragsteller: Dr. Nikolay Kivel, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445769443

Das vorgestellte Projekt wird sich der Untersuchung von exklusiven Quarkonium-Zerfällen im Rahmen effektiver Feldtheorien widmen. In den letzten Jahren wurden von den Kollaborationen CLEO, BABAR, BELLE, BES und LHCb präzise Daten zu mehreren exklusiven Zerfällen von Charmonium- und Bottonium-Zuständen gewonnen. Zum jetzigen Zeitpunkt werden in den Experimenten BESIII, BELLEII, und LHCb weitere Daten gesammelt. Zusätzlich dazu werden in näherer Zukunft umfangreiche und präzise Messungen am PANDA@FAIR Experiment möglich sein. Obwohl das Spektrum der niedrigliegenden Quarkonia gegenwärtig gut beschrieben werden kann, bleiben viele der Zerfälle rätselhaft oder sind qualitativ nicht gut verstanden. Im ersten Teil des Projekts sollen die Baryon-Antibaryon-Zerfälle von $S$ - und $P$-Charmonia-Zuständen untersucht werden. Diese Zerfälle sind für viele verschiedene Endzustände gut gemessen und umfassen $p,n,\Lambda,\Sigma$ und $\Xi$ Mesonen. Eine Beschreibung dieser Zerfälle hängt von den Wellenfunktionen von Charmonium und Baryonen ab. Lange Zeit wurde angenommen, dass die 3-Quark führende Twist Distributions-Amplitude (DA), die mit den Baryonenwellenfunktionen assoziiert ist, eine vernünftige Schätzung der Zerfallsbreite liefert. Die neuen Berechnungen verschiedener Baryon DAn, die mit hilfe von QCD Sum Rules und auf dem Gitter durchgeführt wurden, zeigen jedoch, dass der Effekt von höherer Twist DAn ausreichend groß sein kann. Dies wirkt sich stark auf die bisherige Beschreibung des Zerfalls von Charmonia aus. Dieser Punkt wird auch durch die großen Werte der Verzweigungverhältnisse für verschiedene Helizität unterdrückte Zerfälle gestützt. Letztere wurden noch nicht einmal systematisch untersucht. Das Ziel dieses Projekts ist es, die $S$- und $P$- Charmonia-Zerfälle unter Berücksichtigung der höheren Twist-DAs der Baryonen zu untersuchen.Der zweite Teil des Projekts befasst sich mit der Untersuchung der Farboktett-Beiträge in Zerfällen von $3S_1$-Charmonia in $PV$ -Endzustände mit $PV = \rho\pi, K^* \bar K,\dots$. Das gemessene Verhältnis der Verzweigungsverhältnisse $\Psi(2S)$ und $J/ \Psi$ ist ungefähr zwei Größenordnungen kleiner als der Wert aus der Beschreibung der führenden Ordnung. Einen ähnlichen Effekt gibt es bei vielen anderen Zwei-Körper-Prozessen mit hadronischen Kanälen. Es wird oft vorgeschlagen, dass der Farb-Oktettbeitrag für eine Erklärung dieses Effekts verantwortlich ist. Eine systematische Beschreibung eines solchen Beitrags für exklusive Zerfälle wurde jedoch noch nicht untersucht. Das Ziel dieses Projekts ist es, den Farb-Oktettmechanismus in den $PV$-Zerfällen auf systematische Weise unter Verwendung von Methoden der effektiven Feldtheorie zu untersuchen. Es ist geplant, die relevanten Farb-Oktettoperatoren zu definieren, ihre Eigenschaften und die Mischung mit den Farb-Singulettoperatoren zu untersuchen, sowie Farb-Oktettmatrixelemente und ihre Rolle bei der Beschreibung der Zerfallsbreite zu studieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen