FOR 5327:  Photon-Photon-Wechselwirkungen innerhalb und jenseits des Standardmodells - vollständige Nutzung des Entdeckungspotentials von MESA bis hin zum LHC

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458854507

Photon-Photon-Wechselwirkungen spielen eine zentrale Rolle im Standardmodell (SM) der Teilchenphysik. Es ist faszinierend festzustellen, dass diese Gamma-Gamma-Wechselwirkungen und insbesondere die Licht-Licht-Streuung (LbL), reine Effekte einer Quantentheorie sind. Eine präzise Berechnung solcher Effekte im SM ist jedoch nicht immer direkt möglich, da die nicht-perturbative Natur der starken Wechselwirkung, die durch die Quantenchromodynamik beschrieben wird, eine entscheidende Limitierung darstellt. Die Forschungsgruppe (FG) hat sich zum Ziel gesetzt, diese Limitierung zu überwinden mit wichtigen Konsequenzen für zahlreiche Aspekte des SMs. Das Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der FG hat eine breite und sich komplementierende Expertise im Bereich der Photon-Photon-Wechselwirkungen. Durch die Einbindung internationaler Expertinnen und Experten wird die FG das Verständnis der Photon-Photon-Wechselwirkungen erheblich verbessern, was entscheidende Auswirkungen auf das Feld der Hadronen- und Teilchenphysik haben wird.Die FG wird ganz konkret:- die weltbesten Messungen von Übergangs-Formfaktoren, also der Kopplung von Photonen an Mesonen, durchführen (Projekt TFF). Messungen dieser Art am BESIII-Experiment in Peking werden durch Bestimmungen aus Dalitz-Zerfällen bei A2-MAMI in Mainz sowie durch phänomenologische Studien und Lattice-QCD-Rechnungen ergänzt.- Partialwellen-Analysen exotischer Mesonen im Charmonium-Sektor durchführen (Projekt XYZ). Dies wird durch eine Kooperation zwischen der BESIII-Kollaboration sowie Theoretikerinnen und Theoretikern der FG möglich sein und helfen, um die Natur dieser exotischen Form von hadronsicher Materie besser aufzuklären.- Messungen am ATLAS-Experiment am LHC sowie theoretische Interpretationen der direkten Licht-Licht-Streuung im Kanal gamma-gamma -> gamma-gamma ermöglichen (Projekt LBL).- die weltweit besten Suchen nach Axion-artigen Teilchen im Massenbereich zwischen einigen MeV und TeV durchführen (Projekt ALP). Die Suchen werden in den unterschiedlichsten physikalischen Umgebungen bei BESIII, ATLAS, A2-MAMI und zu einem späteren Zeitpunkt am neuen MESA-Beschleuniger in Mainz durchgeführt.Wie man diesen Themen entnehmen kann, ist die Photon-Photon-Wechselwirkung der Schlüssel für neue Entdeckungen im Bereich exotischer Mesonen, von ALP-Teilchen oder durch Präzisionstests des SMs. Der wichtigste und dringlichste SM-Test dieser Art ist die Beziehung der Licht-Licht-Streuung zum anomalen magnetischen Moment des Myons, wofür zur Zeit eine Diskrepanz zwischen der SM-Vorhersage und der direkten Messung auf dem Niveau von 4,2 Standardabweichungen beobachtet wird. Durch eine gemeinsame Anstrengung im Bereich des Experimentes, dispersiver Analysen und Lattice-QCD-Rechnungen (Gemeinsames Forschungsprojekt JRP) werden wir den HLbL-Beitrag zur Myon-Anomalie auf dem Niveau zukünftiger Unsicherheiten der Fermilab- und JPARC-Experimente (USA und Japan) einschränken.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: China, Polen, Schweiz

Projekte

• Exotische Meson-Spektroskopie (Projekt XYZ) (Antragsteller Danilkin, Igor ;  Denig, Achim ;  Redmer, Christoph Florian ;  Vanderhaeghen, Marc )
• Hadronischer Licht-an-Licht-Beitrag zum g-2 des Myons (Antragstellerinnen / Antragsteller Danilkin, Igor ;  Hagelstein, Franziska ;  Meyer, Ph.D., Harvey Byron ;  Wittig, Hartmut )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Denig, Achim )
• Licht-an-Licht-Streuung (Projekt LBL) (Antragsteller Meyer, Ph.D., Harvey Byron ;  Pascalutsa, Ph.D., Vladimir )
• Suchen nach Axion-artigen Teilchen (Projekt ALP) (Antragsteller Denig, Achim ;  Vanderhaeghen, Marc )
• Übergangs-Formfaktoren von Mesonen (Projekt TFF) (Antragsteller Danilkin, Igor ;  Denig, Achim ;  Redmer, Christoph Florian ;  Vanderhaeghen, Marc )

• Sprecher: Professor Dr. Achim Denig