Eingeschlossene Gluonen: Präzisionsspektroskopie mit Charm-Quarks

• Antragsteller: Professor Dr. Francesco Knechtli; Dr. Tomasz Korzec
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451886959

Flavor-singlet Hadronen mit Massen im Bereich zwischen etwa einem und drei GeV sind außerordentlich interessant, sowohl von experimenteller als auch von theoretischer Seite. Am Anfang des Millenniums wurde von den Belle und BaBar Experimenten eine Reihe von völlig unerwarteter schmaler Resonanzen entdeckt, die mit X, Y und Z benannt wurden. Seit dem wurden große Anstrengungen unternommen die Natur dieser Resonanzen besser zu verstehen, ihre innere Struktur blieb bisher aber weitesgehend ungeklärt. Mit der Gitter QCD haben wir das perfekte Werkzeug in den Händen um Licht in dieses System zu bringen, und das ist das Hauptanliegen dieser Forschungsgruppe. Die Werkzeuge und Techniken die während der ersten Förderungsperiode entwickelt wurden bringen uns nun in die Lage die Quark-Massen Abhängigkeit des Energiespektrums der QCD im endlichen Volumen in flavor-singlet Symmetriekanälen zu untersuchen, ohne dabei die Charm-Annihilation zu vernachlässigen. Diese Beiträge sind besonders schwierig präzise zu berechnen und werden deswegen oft vernachlässigt. Genau solche "quark-disconnected" Beiträge sind es aber die die Mischung zwischen Gluonen, Charmonia und leichten Mesonen wie f0(500) oder f0(980) ermöglichen, und die bei Rechnungen zum Glueball-Zerfall sehr wichtig werden. Dass wir sie nun genau genug berechnen können liegt an Fortschritten in Simulationsalgorithmen, Algorithmen zum Lösen linearer Gleichungssysteme, Methoden zur Konstruktion von Operatoren auf Basis verbesserter Destillation, sowie aufgrund der Nutzung moderner GPU Architekturen. Bei hohen Quarkmassen werden die Energiespektren über das Schicksal der Gluebälle der Yang-Mills-Theorie Aufschluss geben, wenn Quarks dem System hinzugefügt werden. Ihr Schicksal wird genau verfolgt während die Quarkmassen reduziert werden und sich neue Zerfallskanäle auftun. Eine Streuanalyse a la Lüscher wird dann notwendig und wird uns ermöglichen die Resonanz-Parameter der Gluebälle und anderer Resonanzen wie dem f0(980) zu bestimmen. Ähnliche Methoden werden auch auf die Studie der Streung von D-Meson mit D*-Antimeson und der X(3872) Resonanz angewendet. Effektive Theorien bieten einen Komplementären Zugang um exotische Quarkonia zu untersuchen. Wichtige Eingangsgrößen von Theorien wie der "Born-Oppenheimer-Effective-Theory" sind statische Potentiale, die in der Gitter QCD berechnet werden. Gewöhnliche sowie "hybride Potentiale", d.h. Systeme mit intrinsischen Gluonen, werden berechnet. In der zweiten Förderperiode liegt dabei das Hauptaugenmerk auf dem Phänomen des "string-breaking" solcher hybriden Potentiale, sowie auf der Berechnung des QCD Spektrums mit adjungierten Farbquellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5269: Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD
• Internationaler Bezug: Irland
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Nora Brambilla; Professor Dr. Jochen Heitger
• Kooperationspartner: Professor Dr. Michael Peardon; Dr. Juan Andres Urrea-Nino