Eingeschlossene Gluonen: Präzisionsspektroskopie mit Charm-Quarks

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

Mesonen aus einem Charm- und einem Anti-Charm-Quark heißen Charmonium. Sie erlangten eine Revolution mit der Entdeckung von unerwarteten schmalen Resonanzen (X, Y und Z) am Anfang des Millenniums bei den Belle und BaBar Experimenten. Trotz beinahe zwei Jahrzehnten theoretischer Untersuchungen gibt es noch kein klares Bild ihrer internen Struktur. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von neuen Methoden in der Gitter QCD, um die Eigenschaften und die hadronischen Zerfälle von Charmonium zu berechnen. Dieses Gerüst erlaubt, Fortschritte in unserem Verständnis dieser Resonanzen zu gewinnen.Ein Hauptziel des Projekts ist es, ein tieferes Verständnis des Charmonium Spektrums einschließlich der XYZ Zustände zu erlangen. Dieses wird mit Hilfe neuer Techniken für sehr präzise Monte Carlo Berechnungen des Spektrums gewonnen. Ihre Entwicklung basiert auf der Optimierung der Operatoren, die die Zustände erzeugen und auf der Monte Carlo Schätzung ihrer Korrelationsfuntionen. Aus letzteren wird das Spektrum für die niedrig liegenden Zustände im endlichen Volumen sehr genau bestimmt. Zuerst werden die neuen Methoden auf Korrelationsfunktionen einzelner Hadronen angewandt und mit anderen Projekten der Forschungsgruppe vernetzt. Danach werden wir die multi-Hadron Korrelationsfunktionen untersuchen, um die Breite einiger Charmonium-Zustände unterhalb der "open-charm" Schwelle zu bestimmen. Diese beinhalten die OZI-unterdrückten Zerfälle nach Gluebällen und leichte Hadronen. Mit Hilfe der neuen Methoden wird das Projekt die hybriden Charmonium Zustände untersuchen. Diese liegen oberhalb der "open-charm" Schwelle und ihre Zerfälle nach Mesonen mit Charm Quarks sind OZI-erlaubt. Bei genug großer Quark Masse werden wir die elastische Streuung der Hybridmesonen analysieren.Das andere Hauptziel des Projekts ist die Studie der Effekte von leichten Quarks und Gluonen in orbitalen Anregungen des Potentials zwischen statischen Quarks. Neue Techniken werden dafür in Zusammenarbeit mit den anderen Projekten der Forschungsgruppe entwickelt. Wir werden die Sättigung des Grundzustandes durch die Bildung eines Paares von Mesonen, die aus einem statischen Quark und einem leichten Anti-Quark bestehen, genau untersuchen. Dieses Phänomen heißt String Breaking und hängt mit den starken Zerfällen von Hybridmesonen im Grenzfall schwerer Quarks zusammmen. In diesem Grenzfall erlaubt die Born-Oppenheimer Näherung die Berechnung von Hybridmesonen aus der Lösung der nicht-relativistischen Schrödinger Gleichung. Dabei wird das Potential aus der Gitter QCD Berechnung benutzt, das aus den Effekten der relativistischen leichten Quarks und der Gluonen entsteht. Die in diesem Projekt entwickelten Methoden können auch auf den Fall der Tetraquark Potentiale angewandt werden. Diese liefern Erkenntnisse für exotische Resonanzen mit statischen und leichten Quarks und nicht-trivialem Spin und Isospin. Tetraquark Potentiale sind für die zweite Förderperiode dieser Forschungsgruppe geplant.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5269: Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD
• Internationaler Bezug: Irland
• Kooperationspartner: Professor Dr. Michael Peardon