Die elektroschwache und gravitative Struktur des Nukleons
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Fast alle sichtbare Materie im Universum besteht aus Protonen und Neutronen (Nukleonen). Es ist zwar bekannt, dass Nukleonen zusammengesetzte Teilchen sind, die sich aus stark wechselwirkenden Quarks und Gluonen (Partonen) zusammensetzen, aber aufgrund der Natur der starken Kraft ist es eine große Herausforderung, herauszufinden, wie diese fundamentalen Bestandteile die Eigenschaften des Nukleons erklären. Solche Informationen sind jedoch unerlässlich. Unser derzeitiges Verständnis der Teilchenphysik, das im Standardmodell (einschließlich der QCD, der Theorie der starken Kraft) verankert ist, ist unvollständig, da es beispielsweise nicht gelungen ist, den Überschuss von Materie über Antimaterie, die Hierarchie der Quark- und Leptonenmassen und vor allem die Existenz dunkler Materie zu erklären. Die meisten Experimente zur Suche nach neuen physikalischen Phänomenen jenseits des Standardmodells beinhalten Streuung an Nukleonen, darunter Collider-Experimente wie der Large Hadron Collider am CERN, Neutrino-Oszillationsexperimente mit langer Basislinie in den USA und Japan und direkte Detektoren für dunkle Materie. Um die Wechselwirkungen zwischen den fundamentalen Elementarteilchen abzuleiten, die in diesen Experimenten auftreten, ist eine genaue Kenntnis der Nukleonenstruktur erforderlich, d. h. der Verteilung der Partonen innerhalb des Nukleons und ihrer Reaktion auf elektroschwache (und nicht dem Standardmodell entsprechende) Wechselwirkungen. In diesem Projekt wird die Gitter-QCD verwendet, um unter anderem den Anteil des longitudinalen Impulses des Nukleons zu bestimmen, der von den Quarks getragen wird, sowie den Beitrag des Quarkspins zum Spin des Nukleons. Diese Größen können als Input für phänomenologische Fits an experimentelle Daten verwendet werden, was genauere Parametrisierungen der Partonenverteilungen ermöglicht. Darüber hinaus berechnen wir die Matrixelemente, die für die Vorhersage des Streuquerschnitts von dunkler Materie an Nukleonen jenseits des Standardmodells erforderlich sind. Diese erweiterten Modelle können durch einen Vergleich der Vorhersagen mit den unteren Schranken des Wirkungsquerschnitts, die in den direkten Experimenten zur Detektion dunkler Materie ermittelt wurden, getestet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Octet baryon isovector charges from Nf=2+1 lattice QCD. Physical Review D, 108(3).
Bali, Gunnar S.; Collins, Sara; Heybrock, Simon; Löffler, Marius; Rödl, Rudolf; Söldner, Wolfgang & Weishäupl, Simon
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Scale setting and the light baryon spectrum in Nf = 2 + 1 QCD with Wilson fermions. Journal of High Energy Physics, 2023(5).
Bali, Gunnar S.; Collins, Sara; Georg, Peter; Jenkins, Daniel; Korcyl, Piotr; Schäfer, Andreas; Scholz, Enno E.; Simeth, Jakob; Söldner, Wolfgang & Weishäupl, Simon
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Sigma terms of the baryon octet in $N_\mathrm{f} = 2+1$ QCD with Wilson quarks. Proceedings of The 39th International Symposium on Lattice Field Theory — PoS(LATTICE2022), 112. Sissa Medialab.
Petrak, Pia Leonie Jones; Bali, Gunnar; Collins, Sara; Heitger, Jochen; Jenkins, Daniel & Weishäupl, Simon
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Octet baryon charges with Nf=2+1 non-perturbatively improved Wilson fermions. Proceedings of European network for Particle physics, Lattice field theory and Extreme computing — PoS(EuroPLEx2023), 040. Sissa Medialab.
Weishäupl, Simon; Bali, Gunnar; Collins, Sara & Söldner, Wolfgang
