Schwellenproduktion neutraler Pionen am Helium im Rahmen der chiralen Störungstheorie/Elektromagnetische Struktur leichter Kerne im Rahmen der effektiven chiralen Feldtheorie

• Antragsteller: Professor Dr. Ulf-G. Meißner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2004
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5162360

Grundsätzliches Ziel des Forschungsvorhabens ist, die Photoproduktion neutraler Pionen an leichten Kernen, dem ³He und dem ⁴He, im Rahmen der chiralen Störungstheorie zu berechnen. Dies basiert auf der erfolgreichen Beschreibung der Photopionproduktion am Proton, die sowohl am MAMI (Mainz) als auch am SAL (Saskatoon, Kanada) gemessen wurde. Die chirale Störungstheorie sagt nicht nur eine kleine S-Wellen Amplitude vorher, sondern erlaubt auch die Formulierung von wirklichen Niederenergietheoremen für zwei der P-Wellen Multipole. Eines dieser Theoreme konnte bereits innerhalb von wenigen Prozent aus den unpolarisierten Daten verifiziert werden. Eine MAMI-Messung mit polarisierten Photonen, die es erlaubt, auch das zweite P-Wellen Theorem zu testen, wird derzeit analysiert. Eine weitere interessante Vorhersage betrifft die elementare Amplitude für die Erzeugung neutraler Pionen am Neutron, die größer sein sollte als die entsprechende Protonamplitude. In der Abwesenheit von Neutronen Targets muß man daher die Pionproduktion an leichten Kernen berechnen. Dies wurde bereits erfolgreich am Deuteron durchgeführt. Im Rahmen einer hybriden Rechnung, in der realistische Wellenfunktionen für das Deuteron mit dem Wechselwirkungskern, der aus der chiralen Störungstheorie folgt, verbunden wurde, konnte die S-Wellen Amplitude vorhergesagt werden. Diese Vorhersage wurde mittlerweile durch eine Messung am SAL innerhalb von 20% verifiziert. Diese Arbeiten sollen auch auf die Elektroproduktion von neutralen Pionen am Deuterium erweitert werden. Erste MAMI Daten werden in den nächsten Monaten erwartet. Weitere Informationen über die schwerzugängliche Neutron Amplitude bietet nun die Erweiterung dieses Formalismus auf die Pion Produktion an den Helium Isotopen ³He und ⁴He. Desweiteren sind in diesen Kernen, die wesentlich stärker gebunden sind als das Deuterium, die Mehrteilchen-Effekte wichtiger und wir erwarten daher, auch etwas über das Zusammenspiel von Ein-Teilchen (also der elementaren Erzeugung an einem Nukleon) und den Mehr-Teilchen Effekten (also mesonische Austauschströmen sowie der Vielfachstreuung) zu lernen. Eine genaue theoretische Vorhersage, die durch die Verbindung der chiralen Störungstheorie mit den präzisen Wellenfunktionen, wie sie von der Bochumer Gruppe entwickelt wurden, möglich sein sollte, würde sicherlich zu einem interessanten Experiment führen und zum tieferen Verständnis der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien beitragen. Ein weiterer Aspekt unserer Arbeiten ist es, präzise Wenig-Teilchen Wellenfunktionen direkt aus der effektiven Feldtheorie abzuleiten. Für das Deuterium wurde dies bereits erreicht, siehe dazu E. Epelbaum, W. Glöckle und Ulf-G. Meißner, nucl-th/9910064, erscheint in Nucl. Phys. A.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1034: Untersuchungen der hadronischen Struktur von Nukleonen und Kernen mit elektromagnetischen Sonden